Materialanalytik mit MeV - Ionenstrahlen

Die Ionenstrahlanalytik an kleinen Teilchenbeschleunigern liefert Aussagen zur Elementzusammensetzung dünner Schichten und oberflächennaher Bereiche von festen Materialien. Dabei kann die Konzentration aller Elemente von Wasserstoff bis Uran quantitativ bestimmt werden. Mit Hilfe des channeling-Effektes lassen sich auch Besonderheiten der Kristallstruktur dünner epitaktischer Schichten untersuchen.

Anwendungsbereiche sind Forschung, Technologieentwicklung, Produktion und Anwendung dünner und ultradünner Schichten. Die bisherigen Einsatzgebiete sind vielfältig und reichen von der Mikro - und Nanoelektronik und der Höchstfrequenz-Bauelementetechnik über Licht - und Röntgenoptik, Magnetspeicherplatten-Technologie, Korrosionsschutz, Oberflächenhärtung von Edelstählen und Katalyse bis hin zu biologischen Fragestellungen wie dem Spurenelementeinbau beim Knochenwachstum.

Besonderheit: Untersuchungen an wertvollen Einzelstücken

Materialanalyse an einzigartigen, intakten Objekten - z.B. an Kunstwerken - darf nur ohne Probenahme erfolgen. Der Protonenstrahl an Luft, gekoppelt mit mehreren Messtechniken in einem Arbeitsgang, garantiert eine zerstörungsfreie und umfassende substanzielle Charakterisierung. Messergebnis ist die Elementzusammensetzung des untersuchten Materials, möglich ist auch die Aufklärung von Schichtabfolgen. Beispielsweise kann das Verfahren abklären, ob Pretiosen aus Glas hinsichtlich umweltbedingter Schädigung potenziell gefährdet sind und in welchem Maße Korrosion an der Glasoberfläche bereits stattgefunden hat. Solche Analysen dienen Museen und Sammlungen zum Zweck der präventiven Konservierung, Kunstwissenschaftler und Restauratoren können z.B. folgende Details zur Authentizität und Technologie der Stücke erfahren:

  • Zusammensetzung von Gold, Glas, Email und keramischen Materialien, möglicherweise auch Aussagen zu Oberflächenmodifikationen
  • Nachweis organischer Deckschichten, z.B. Firnislasuren
  • Identifizierung verwendeter Zeichengeräte für historische Handzeichnungen, die Untersuchung feiner Linien und dünner Lavierungen ist möglich
  • substanzielle Analyse von Tinten und Drucktuschen auf Pergament und Papier

Auch technische Unikate sind interessante Analyseobjekte.


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Dr. Frans Munnik
IBA/OSA
f.munnikAthzdr.de
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Dr. Christian Neelmeijer
IBA/OSA
c.neelmeijerAthzdr.de