Die Unterlagen für die Lehre sind auf unserem Moodle-Server zu finden.

• Methodenentwicklung zur Kontaktwinkelmessung von nanostrukturierten Polymeroberflächen
  Fraunhofer IWM Halle
• Correlative localized surface plasmon resonance and scanning electron microscopy - electron backscattered analysis on gold and silver nanoparticles
  EAH Jena / Innovent e.V., Jena 
• Untersuchung zur Einflussnahme des Martensitgehalts auf die bainitische Umwandlung mittels röntgendiffraktometrischer Spannungsanalyse
  EAH Jena
• Optimierung von Beschichtungsparametern für die Replikation optischer Gitter
  Zeiss, Jena

• Materialanalytische Fragestellungen im Zusammenhang mit Oberflächen, Grenzflächen, dünnen Schichten und Volumenmaterialien, insbesondere Mikrostruktur- und Elementanalytik.  
• Materialien für verschiedene Anwendungsgebiete wie zum Beispiel Thermoelektrik, Mikroelektronik (Silizium und III/V), Optoelektronik und Photovoltaik. Erfahrungen bestehen insbesondere zu metallischen und halbleitenden Siliziden, high-k Dielektrika und  Metallen.
• Herstellungsverfahren für dünne Schichten mittels Sputtern, Bedampfen oder Molekularstrahlepitaxie
• Untersuchungen von Transporteigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur wie zum Beispiel elektrische Leifähigkeit, Hall-Effekt, Thermokraft und Wärmeleitfähigkeit

• A. Bochmann, T. Reimann, T. Schulz, S. Teichert, J. Töpfer
  Transverse thermoelectric multilayer generator with bismuth-substituted calcium cobaltite: Design optimization through variation of tilt angle
  Journal of the European Ceramic Society 39 (2019) 2923.
• T. Friedrich, A. Bochmann, J. Dinger, St. Teichert
  Application of the pattern matching approach for EBSD calibration and orientation mapping, utilising dynamical EBSP simulations
  Ultramicroscopy 184(B) (2018) 44.

• Dongmei Liu, Christian Dreßler, Martin Seyring, Steffen Teichert, Markus Rettenmayr
  Reduced thermal conductivity of Bi-In-Te thermoelectric alloys in a eutectic lamellar structure
  Journal of Alloys and Compounds 748 (2018) 730. 

Eine vollständige Liste zu Publikationen und wichtigen wissenschaftlichen Vorträgen findet sich hier.

• Ein Schwerpunkt der Laborausrüstung liegt auf Verfahren zur Mikrostruktur- und Elementanalytik.
• Ein weiterer Schwerpunkt ist die elektrische und thermische Charakterisierung in Abhängigkeit von der Temperatur, hier stehen Messplätze für den Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 500°C zu Verfügung.
• Ein genereller Überblick zur Laborausstattung des Fachbereichs SciTec kann hier eingesehen werden.

• Beratung zur Lösung materialanalytischer Fragestellungen und Hilfestellung bei der experimentellen Umsetzung
• Unterstützung von Projekten zu neuen Materialien der Nanotechnologie, insbesondere in der Mikroelektronik, Photovoltaik und Thermoelektrik
• Weiterbildung zur physikalischen Materialanalyse insbesondere für Methoden unter Nutzung von Elektronen, Ionen und Röntgenstrahlen

Wir bearbeiten Fragestellungen im Rahmen der Mikrostruktur- und Elementanalytik auf der Grundlage moderner Verfahren der analytischen Rasterelektronenmikroskopie und der Röntgendiffraktometrie. Die Möglichkeit zur Kombination unterschiedlicher Methoden erlaubt insbesondere die Bearbeitung komplexer materialanalytischer Fragestellungen.

In der Arbeitsgruppe Mikrostruktur- und Elementanalytik besteht ein breiter Erfahrungsschatz zur Analyse unterschiedlicher Werkstoffe und Materialien. Diese Kompetenz wird durch die enge Zusammenarbeit mit anderen Gruppen im Fachbereich SciTec erweitert.  

Wir bearbeiten eigene Drittmittelprojekte und unterstützen andere Gruppen an der EAH Jena bei der Durchführung von Forschungsprojekten. Auf Anfrage lösen wir auch kurzfristig spezielle Fragen zur Mikrostruktur- und Elementanalytik.
Wir beraten Sie gerne zu Ihren konkreten Fragestellungen. 

Darüber hinaus engagieren wir uns in der Lehre bei der Durchführung von Praktika für eine Reihe von Bachelor- und Master-Studiengängen im Fachbereich SciTec.  Bei Bedarf bieten wir Ihnen auch die Möglichkeit zur Weiterbildung auf dem Gebiet der Mikrosktruktur- und Elementanalyse, sowohl theoretisch als auch praktisch in unseren Laboren. 
 

Für Anfragen stehen wir Ihnen jederzeit per e-mail zur Verfügung: materialanalyse@eah-jena.de

Zur inhaltlichen Vorbereitung einer Diskussion nutzen Sie bitte unser Formular: Analyseanfrage

Wir bieten Mitarbeitern und Studierenden der EAH Jena grundsätzlich die Möglichkeit zur Nutzung unserer experimentellen Möglichkeiten. Abhängig vom quantitativen und qualitativen Umfang kann die Bearbeitung selbständig oder durch uns erfolgen. Über die Vorgehensweise wird nach Diskussion der Details entschieden.  

Im konkreten Fall der Proben-Bearbeitung durch unsere Arbeitsgruppe bitten wir um das Ausfüllen und die elektronische Zusendung entsprechender Begleitinformationen. Interessenten von der EAH Jena nutzen dazu bitte das Formular  Analyse_intern,  externe Kooperationspartner Analyse_extern.     

Abbildungen mittels Rasterelektronenmikroskopie beruhen auf der Wechselwirkung von Primär-Elektronen mit der Probe. Ein fein fokussierter Elektronenstrahl wird schrittweise über die Probenoberfläche geführt - gerastert - und die dabei ausgelösten Signale werden mit unterschiedlichen Detektoren gemessen und in der Abbildung den entsprechenden Punkten auf der Probe zugeordnet. Die Vergrößerung ist das Verhältnis der dargestellten Bildgröße zur Größe der Rasterfläche auf der Probe.
Wichtige Signale für die Abbildung sind Sekundärelektronen (SE), und Rückstreuelektronen (BSE). Typischerweise liefern SE-Abbildungen Informationen zur Probentopographie, im Fall der BSE-Abbildung entsteht der Bild-Kontrast meist durch variierende mittlere Kernladungszahlen in der Probe.
Es sind Vergrößerungen bis zu einigen 100.000x möglich, bei der Auflösung kann die Größenordnung von 1 nm erreicht werden.
Eine elementspezifische Abbildung ist auf der Grundlage der emittierten charakteristischen Röntgenstrahlung möglich, mehr dazu unter Elementanalyse.

Die verwendete Elementanalyse basiert auf der Messung und Analyse  charakteristischer Röntgenstrahlung, die im Rasterelektronenmikroskop durch einen primären Elektronenstrahl angeregt wird. Das Verfahren hat eine hohe Ortsauflösung, abhängig von der Probe kann die Elementanalyse mit einer lateralen Auflösung von einigen 100 nm betrieben werden.
Die Nachweisgrenzen sind für schwere Elemente (hohe Ordnungszahl) meist besser als für leichte Elemente und liegen in der Größenordnung von 0,1 - 1 Atomprozent.
Eine quantitative Elementanalyse erfolgt mit Softwareunterstützung auf der Grundlage von verschiedenen Modellen. In der Regel liefern glatte und homogene Proben die geringsten Fehler bei der quantitativen Analyse. Grundsätzlich hängt jedoch die erreichbare Genauigkeit von einer Reihe von Probendetails ab, die individuell zu bewerten sind.

Mit Hilfe der Partikelanalyse werden Partikel an der Probenoberfläche sterographisch und chemisch charakterisiert. Auf der Grundlage der Messergebnisse an vielen Partikeln können Klassifizierungen nach unterschiedlichen Kriterien vorgenommen werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit zur statistischen Auswertung der gemessenen Eigenschaften.
Die Partikelanalyse erfolgt auf der Grundlage der Elektronenmikroskopie und Elementanalyse. Durch die Automatisierung der Messung ist auch eine Bewertung einer großen Partikelanzahl möglich.
Ob sich eine gegebene Partikel-Verteilung für eine solche Analyse eignet, kann in einem Vorexperiment festgestellt werden.

Die Analyse kristalliner Phasen erfolgt durch Beugungsverfahren unter Einsatz von monochromatischer Röntgenstrahlung.
Die Intensität der durch die Probe gebeugten Strahlung wird über den variablen Beugungswinkel aufgenommen. Aus der Lage und der Intensität der erhaltenen Beugungsreflexe kann auf die vorliegenden kristallinen Phasen geschlossen werden. In der Regel wird dazu das gemessene Beugungsdiagramm mit Datensätzen aus Kristalldatenbanken verglichen und nach Übereinstimmungen gesucht.  Zusätzlich zur qualitativen Phasenanalyse ist in mehrphasigen Systemen die Bestimmung der Massenanteile der einzelnen kristallinen Phasen realisierbar.
Neben den Messungen an Luft und bei Raumtemperatur besteht auch die Möglichkeit, Phasenbildungsprozesse in Abhängigkeit von Temperatur und Umgebungsatmosphäre zu analysieren.  

Die Analyse der kristallinen Orientierung wird für große Einkristalle, zum Beispiel Si-Wafer, mit Röntgenbeugung vorgenommen.
Im Fall von polykristallinen Materialien kann die Elektronenrückstreubeugung (EBSD) verwendet werden. In diesem Fall wird die Kristallorientierung mit einer hohen Ortsauflösung aufgenommen, erreichbar sind laterale Auflösungen besser als einige 10 nm. Damit kann die Orientierungsverteilung über einen großen Probenbereich, also viele kristalline Körner, aufgenommen werden. Das Verfahren kann auch in Kombination mit der Elementanalyse verwendet werden, um die Phasenanalyse zu unterstützen.
Eine wichtige Voraussetzung für die Orientierungsanalyse mittels EBSD ist eine geeignete Oberflächenpräparation,um plastische Deformationen des Kristallgitters im oberflächenahen Bereich zu vermeiden. 

Die Rietveldanalyse dient der Unterstützung der Auswertung von Daten, die mit der Röntgenbeugung gewonnen wurden.
Das gemessene Beugungsdiagramm wird dabei durch ein analytisches mathematisches Modell beschrieben. Dieses Modell enthält sowohl Informationen des Messaufbaus als auch detaillierte kristallographische Daten zu den in der Probe vorliegenden Phasen. Das mathematische Modell wird durch Variation der Eingangsparameter an die gemessene Kurve unter Minimierung der gewichteten Summe der Abstandsquadrate angepasst. Die Parameter werden auf diese Weise verfeinert.
Auf der Grundlage der Rietveldanalyse können sehr genaue Daten zu Gitterkonstanten und Atomlagen in den Einheitszellen kristalliner Phasen gewonnen werden. Darüber hinaus kann das Rietveldverfahren auch zur standardfreien quantitativen Phasenanalyse eingesetzt werden.

Die Röntgenbeugung an dünnen Schichten wir meist in der speziellen Geometrie des streifenden Einfalls der Röntgenstrahlung durchgeführt. Dazu wird eine Parallelstrahloptik eingesetzt. Mit einem solchen Aufbau kann auch die kristalline Struktur ultradünner Schichten (< 10 nm) bewertet werden. 
Zur Untersuchung dünner Schichten gehört neben der Analyse von Mikrostruktur und Zusammensetzung auch die Bestimmung von geometrischen Parametern wie Schichtdicke oder Oberflächen- und Grenzflächenrauigkeit. Mit der Röntgenreflektometrie (XRR) steht ein Verfahren zu Verfügung, das diese Kenndaten sowie die Dichte der Schicht liefern kann. Besonders gut geeignet ist die Reflektometrie für Schichten mit einer Dicke < 100 nm. Das Verfahren erlaubt auch die Analyse von mehrlagigen Schichtsystemen.    

Die röntgenographische Spannungsanalyse erlaubt sowohl die Bestimmung von Mikro- als auch von Makrospannungen.
Mikrospannungen resultieren in einer Beugunswinkel-abhängigen Verbreiterung der Beugungsreflexe, die sich von anderen Beiträgen der Reflexverbreiterung (Appartive Einflüsse, Korngrößeneffekte) trennen lassen.
Die Analyse der Makrospannung, meist der makroskopischen Eigenspannung,  basiert auf der Messung von Gitterdehnungen in verschiedenen Richtungen bzgl. des Probenkoordinatensystems. Zur Auswertung der Messdaten werden polykristalline Materialien im allgemeinen als istrope Stoffe aufgefasst. In diesem Fall reduziert sich der Tensor der elastischen Konstanten auf zwei unabhängige Größen, die für viele Werkstoffe bekannt sind. Die Beugungsmessungen liefern den Dehnungstensor, der über die elastischen Konstanten mit dem Spannungstensor verknüpft ist. Häufig liegt in der Probenebene ein biaxialer Spannungszustand vor, dessen Messung und Auswertung weitere Vereinfachungen erlauben.