Kompetenzzentrum Materialcharakterisierung

Umfassende Materialcharakterisierung aus einer Hand

Das Kompetenzzentrum für Materialanalytik am Institut für Materialwissenschaft der TU Darmstadt bietet Firmen und Forschungseinrichtungen eine große Vielfalt an Methoden zur Materialcharakterisierung an. Im Rahmen des Materialforschungsverbundes Rhein-Main (MatFoRM) besteht außerdem eine intensive Zusammenarbeit mit der Staatlichen Materialprüfungsanstalt (MPA), und dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit(LBF), um ein umfangreiches Dienstleistungsangebot zur Charakterisierung unterschiedlicher Materialien erstellen zu können.

In Bezug auf die chemische Analyse konzentrieren wir uns auf ortsauflösende Methoden, chemische Bindungsanalyse und Spurenanalyse. Die Methode zur Auflösung der höchsten Position kann durch Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) in einem Transmissionsmikroskop (TEM) realisiert werden, bei der Ausscheidungen im Bereich einiger nm analysiert werden können. Mit der Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS) können laterale und tiefenaufgelöste Proben mit sehr guten Nachweisgrenzen analysiert werden. Chemische Bindungen und oberflächenempfindliche Untersuchungen werden mittels Röntgenphotoelektronenspektrometrie (XPS) durchgeführt. Neben ortsauflösenden Methoden bieten wir auch Bulk-Analyseverfahren wie Röntgenfluoreszenzspektrometrie (XRS), Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) und induktiv gekoppelte optische Plasmaemissionsspektrometrie (ICP) an.

Zur Untersuchung der Struktur von Materialien werden verschiedene Röntgenbeugungsmethoden und elektronenmikroskopische Methoden bereitgestellt. Mehr als zehn Röntgendiffraktometer stehen zur Verfügung, um die Struktur, Textur sowie Dehnung und Spannung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen (XRD, GIXD) zu analysieren. Die Dichte, Dicke und Rauheit von Filmen und Filmsystemen kann durch Röntgenreflektornetrie (XRR) analysiert werden. Die konventionelle Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) kann verwendet werden, um Kristallphasen und -orientierungen durch Elektronenbeugungsmethoden zu analysieren. Kristallebenen können auch direkt mit hochauflösendem TEM beobachtet werden, um Korngrenzen sowie Defekte zu analysieren.

Zur Analyse von Oberflächen mit einer Auflösung im nm-Bereich stehen verschiedene hochauflösende Rasterelektronenmikroskope (HREM) zur Verfügung. Die HREM- und REM-Mikroskope sind außerdem mit einem EDX-System ausgestattet, um die chemische Zusammensetzung an einem lokalen Ort zu analysieren oder eine zweidimensionale Elementkarte aufzuzeichnen. Zur Analyse von Materialien bei verschiedenen Luftdrücken wird auch ein Umgebungs-Rasterelektronenmikroskop (ESEM) bereitgestellt.

Um die Materialeigenschaften bei verschiedenen Temperaturen zu untersuchen, steht ein breites Spektrum an thermischen Analysen zur Verfügung. Die Änderung des Volumens oder der Länge kann durch Dilatomerie [DIL] oder thermomechanische Analyse (TMA), die Wärmedifferenz durch Differential Scanning Calorimetry (DSC), die Änderung der Masse durch thermogravimetrische Analyse (TGA) sowie die Wärmeleitzahl und Wärme analysiert werden Leitfähigkeit durch Laser-Flash-Analyse (LFA).

Die mechanischen Eigenschaften von Metallen und Keramiken können unter verschiedenen Bedingungen getestet werden. Neben Spannung und Druck ist es auch möglich, die Flexibilität und die Bruchzähigkeit zu analysieren. Um die elektrischen Eigenschaften zu untersuchen, ist es möglich, die charakteristische Linie von Strom gegen Spannung oder die Lumineszenz von Materialien wie OLEDs aufzuzeichnen.

In vielen Fällen reicht es nicht aus, nur eine einzige Methode zu verwenden. Der Hauptvorteil besteht darin, dass alle oben genannten Charakterisierungsmethoden in einer Abteilung verfügbar sind und einzeln kombiniert werden können. Insbesondere sollten die ortsauflösenden Methoden zur Charakterisierung der Struktur und der chemischen Zusammensetzung mit den Messungen der verschiedenen Eigenschaften des Materials kombiniert werden.

Prof. Dr. Wolfgang Ensinger

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