Schwerpunkt des Arbeitskreises Materialanalytik ist die Entwicklung und Implementierung von Materialien mit Merkmalen im Nanometerbereich (kleiner als 100 nm). Nanoskalige Objekte besitzen riesige Oberflächen-Volumen-Verhältnisse, die mit abnehmender Größe rapide zunehmen, und weisen für das jeweiligen Ausgangsmaterial unbekannte Phänomene auf. Nanomaterialien sind daher besonders in Prozessen wie heterogener Katalyse, Sensorik, Korrosion oder Benetzung wirkungsvoll und ermöglichen völlig neuartige Anwendungen. Wir haben uns auf die Synthese und Charakterisierung von Nanomaterialien, sowie auf die Herstellung von Nanoporen und den Teilchentransport durch diese spezialisiert. Nichts desto trotz forschen wir auch aktiv auf anderen Gebieten.

Forschungsgebiete

Synthese von Nanomaterialien

Der Aufbau wohlgeordneter Überstrukturen aus nanoskaligen Bausteinen ist von herausragender technologischer Bedeutung, da es hiermit möglich ist, die Funktionalität von Nanomaterialien maßzuschneidern, ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern, und ihre Integration in Geräte oder Bauteile zu vereinfachen. Entscheidend dafür ist, dass niedrigdimensionale metallische Nanostrukturen wie Nanodrähte, -röhren oder -plättchen über vorteilhafte Eigenschaften wie z.B. eine große Oberfläche, eine hohe Dichte aktiver Zentren, durchgängige Leitungspfade oder eine gesteigerte Reaktivität verfügen.

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Teilchentransport durch Nanoporen

Zur Diagnose von Erkrankungen und zur Untersuchung von Abwasserbelastung durch Medikamente oder Giftstoffe, müssen Proben fast immer ins Labor geschickt werden. Zudem kann es lange Zeit dauern bis die Ergebnisse vorliegen. Ein „Lab-on-a-Chip-System“ bietet hingegen die Möglichkeit die Proben mit der gleichen Funktionalität eines Labors vor Ort zu analysieren, jedoch schneller, kostengünstiger und mit weniger Aufwand. Synthetische Nanoporen sollen als Grundbestandteil eines solchen „Lab-on-a-Chip-Systems“ dienen.

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Großflächige Gemäldeanalyse

Der makroskopische Röntgenfluoreszenz-Scan (MA-RFA) ermöglicht seit seiner Entwicklung im Jahr 2008 Einblicke in die Zusammensetzung und den Aufbau polychromer Kunstwerke. Diese zerstörungsfreie Analysemethode liefert in situ mit Hilfe von elementaren Verteilungskarten chemische Informationen aus dem gesamten Objekt (sowohl auf als auch unter der Oberfläche), welche in Form eines Bildes dargestellt werden.

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Archäometrie

Messungen an kulturhistorischen Proben erfordern zumeist Analysemethoden, die zerstörungsfrei arbeiten und keine Probenpräparation erfordern. Für die Untersuchungen kamen daher hauptsächlich RFA bzw. eine im Rahmen einer Doktorarbeit entwickelte Mikro-RFA zum Einsatz. Aus den Ergebnissen können Informationen gewonnen werden, wie z.B. Herstellungstechniken und Herkunftsorte oder die Unterscheidung von Originalstücken und Fälschungen.

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Plasmaimmersion

Eine einfache Methode, um Ionen in eine Oberfläche zu implantieren, besteht darin sie in einem Plasma zu platzieren (Immersion) und dessen Ionen durch eine an der Probe angelegte negative Hochspannung senkrecht auf deren Oberfläche zu beschleunigen. Somit können auch dreidimensionale Objekte wie Zahnräder oder Rohre gleichmäßig behandelt werden ohne Notwendigkeit einer Probenbewegung.

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Materialien in Strahlungsfeldern

In einer Reihe von Anwendungen, wie in Nuklearanlagen, Teilchenbeschleunigern und im Weltraum, sind Materialien energetischer ionisierender Strahlung ausgesetzt. Diese Bestrahlung kann zu einer Degradation der Materialeigenschaften führen. Polymere sind in dieser Hinsicht besonders anfällig. In Zusammenarbeit mit der GSI werden Polyimide und Polyepoxide, die Bestandteile der supraleitenden Strahlführungsmagnete sind, bestrahlt mit relativistischen schweren Ionen und hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert, wie der Netzwerkdegradation und elektrischen Leitfähigkeit.

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