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Kurze Einführung zum Thema Nanoanalytik

Viele Effekte, die für chemische und physikalische Eigenschaften von Stoffen und Oberflächen in unserer Umgebung entscheidend sind, spielen sich auf atomarer Ebene ab. Ein Atom hat einen Durchmesser von etwa einem Zehntel Nanometer. Deshalb spricht man im allgemeinen von NanoAnalytik.

Alle Verfahren in der Nanoanalytik basieren auf der physikalischen Wechselwirkung von Licht unterschiedlicher Frequenzbereiche und geladenen Teilchen.

Man unterscheidet zwischen integralen und ortsaufgelösten Verfahren. Mit integralen Verfahren werden Volumina und Oberflächen untersucht, die wesentlich größer sind, als die Grundstrukturen. Hier erhält man Informationen über Größenverteilung, Anordnung und chemische Eigenschaften der Nanopartikel. Mit ortsaufgelösten Verfahren macht man die Struktur der untersuchten Objekte im Nanobereich sichtbar.

Nanostrukturen wie Versetzungen, Fehlstellen, Einschlüsse oder Clusterbildung in kristallinen Festkörpern bzw. Oberflächen sind oftmals entscheidend für derer Werkstoffeigenschaften und werden zunehmend zur Veränderung und Verbesserung metallischer oder keramischer Werkstoffe eingesetzt. Einsatzschwerpunkte der Nanoanalytik in der Industrie sind deshalb auch die Sicherung der Produktqualität, die Schadensanalyse, die Sicherheitsbewertung von Nanopartikeln und die Nanomanipulation.

Vermessung von Nanostrukturen:

• Länge - Breite - Durchmesser
• Schicktdicke
• Radiusverteilung
• Volumenverteilung
• Anzahlverteilung
• Gestalt
• Chemische Zusammensetzung
• Struktur und Morphologie
• Oberflächentopologie
• Schichtstruktur
• Materialgefüge
• Korngrößenverteilung

Methoden:

• Elektronenmikroskopie (EM)
  - Rasterelektronenmikroskopie (SEM)
  - Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM)
• Rastersondentechniken (SXM)
  - Rastertunnelmikroskop (STM)
  - Rasterkraftmikroskop (AFM)
  - Optische Nahfeldmikroskopie (SNOM)
• Hochauflösende Mikroskopie
  - Konfokale Fluoreszenzmikroskopie
  - STED-Mikroskopie
  - Feld-Ionen-Mikroskopie (FIM)
• Spektroskopische Verfahren
  - Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES)
  - Photo-Elektronen-Spektroskopie (XPS)
  - Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie (SIMS)
  - Photonenkorrelationsspektroskopie
• Analytische Ultrazentrifuge
• Konfokale Lasermikroskopie
• Zetapotenzialanalyse