Quantenkaskadenlaser für die Nano-FTIR-Spektroskopie (Erneuerung)

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578077116

Der Antrag umfasst den Ersatz eines durchstimmbaren breitbandigen Lasers, welcher bisher für s-SNOM and AFM-IR Messungen genutzt wurde, durch ein Multichip-Quantenkaskadenlaser (QCL)-System. Der bestehende Breitband-Laser kann aufgrund der in Kürze nicht mehr gegebenen Wartungsmöglichkeiten durch den Hersteller sowie der bestehenden altersbedingten Störanfälligkeit nicht mehr effizient genutzt werden. Da sich die Nano-FTIR-Aktivitäten der beteiligten Arbeitsgruppen auf AFM-IR-Messungen an makromolekularen Proben fokussierten und entsprechend fortgesetzt werden sollen, wurde hier ein hyperspektraler QCL gewählt. Obgleich dieser QCL nicht für den s-SNOM-Einsatz geeignet ist, liefert er im AFM-IR-Modus eine weitaus höhere Sensitivität als der zuvor genutzte Breitband-Laser. Damit ist dieses Lasermodell insbesondere zur Analyse organischer und polymerer Probenoberflächen (z.B. Polymere, selbstassemblierte Monolagen) hervorragend geeignet. Die beteiligten Arbeitsgruppen an der Universität Paderborn nutzen AFM-IR Messungen für die Analyse der Oberflächen- und Grenzflächenchemie heterogener organischer bzw. makromolekularer Systeme. Die relevanten Themen umfassen z.B. smarte Polymere, Materialien für die Energiekonversion, polymere Beschichtungen, Klebstoffe, Implantatwerkstoffe und Bionanomaterialien. Durch die Kombination mit komplementären mikroskopischen, spektroskopischen sowie elektrochemischen Messtechniken erlaubt die AFM-IR Anwendung, die Korrelation lokaler Materialzusammensetzungen mit den Funktionseigenschaften der Materialien und Beschichtungen. Aufgrund der höheren Empfindlichkeit der AFM-IR-Messung auf Basis des beantragten Lasers können in Kombination mit dem oberflächensensitiven Modus des AFM-IR nun auch sehr dünne Beschichtungen auf polymeren und metallischen Substraten sowie nanoskopische Partikel in polymeren Matrizes gemessen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Quantenkaskadenlaser für die Nano-FTIR-Spektroskopie (Erneuerung)
• Gerätegruppe: 5730 Spezielle Laser und -Stabilisierungsgeräte (Frequenz, Mode)
• Antragstellende Institution: Universität Paderborn
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Guido Grundmeier