Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometer (SNMS)

• Subject Area: Materials Science
• Term: Funded in 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 125746749

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Das Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometer (SNMS) wurde zur Bestimmung von Element-Tiefenprofilen (mit Nanometerauflösung) in vorwiegend dielektrischen Materialien, wie Glas, eingesetzt. Diese haben in Kooperation mit der University Aalborg zur Aufklärung von oberflächennahen Redox-induzierten Diffusionsprozessen in Glasfasern beigetragen und halfen thermomechanische Eigenschaften in diesen Materialien gezielt zu verändern. Element-Tiefenprofile (Alkalimetalle) dienten auch zum Nachweis oberflächennaher Alterungsprozesse nach Auslagerungen bis 106 Jahren, die mit der Leibniz Universität Hannover an natürlichen Gläsern (submarine Basalte) studiert wurden. Um das Frühstadium der Korrosion an technischen Glasoberflächen zu quantifizieren, wurden Element-Tiefenprofile als Referenz zu HF-Ätztechniken (nm-Auflösung), die an der RWTH Aachen entwickelt wurden, verwendet. Tiefenprofile von Alkali- und Erdalkalimetallen halfen auch Reinigungs- und Lagerungsbedingte Veränderungen von Glasoberflächen in Bezug auf ihren reversiblen und irreversiblen Charakter zu bewerten. Dieser Fragestellung wurde in Kooperation mit der TU Ilmenau nachgegangen. SNMS Element-Tiefenprofile machten auch chemische Veränderungen von Kieselglas nach thermischen Auslagerungen, die den Einsatz als Receiverfenster in Solar- Turmkraftwerken simulieren sollen, quantifizierbar. Diese Arbeiten wurden zusammen mit dem DLR in Stuttgart und industriellen Partnern untersucht. In einem zweiten Bereich von Forschungsvorhaben wurde das Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometer für chemische Tiefenprofil-Analysen von Beschichtungen auf Glas verwendet (vorwiegend dünne transparente Einzelschichten und Schichtpakete < 500 nm): In einer Kooperation mit der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg diente diese Methode zum Nachweis von synthesebedingten Verunreinigungen von Titandioxid-Precursoren, die im Sol-Gel Tauchverfahren auf Gläser appliziert wurden. In Zusammenarbeit mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena wurde die SNMS-Analytik für spektral-selektiv beschichtete Architekturgläser (Sonnen- bzw. Wärmeschutzgläser) eingesetzt, aus denen Alterationsmechnismen und Maßnahmen für eine Erhöhung der thermomechanischen und chemischen Resistenz dieser gesputterten silberhaltigen Schichtpakete abgeleitet wurden. Zur Entwicklung von wärmedämmenden, elektrisch leitfähigen, transparenten Schichten auf Glas im umweltfreundlichen Sol-Gel- Tauchverfahren wurden Diffusionsvorgänge in Antimon und Fluor kodotierten Zinnoxidschichten auf Glas in Zusammenarbeit mit verschiedenen industriellen Partnern untersucht. Die Ergebnisse weisen auf eine Korrelation von chemischen Transportvorgängen und der Ausbildung einer anisotropen kristallinen Schichtstruktur (Textur) hin. Weiterhin wurden an der TU Clausthal Diffusionsvorgänge von Natrium, Calcium und Titan in porösen Antireflexschichten mittels SNMS studiert, die zum Zweck der Selbstreinigung mit Titandioxid kombiniert wurden. Die erzielten Ergebnisse machen deutlich, dass die Art der thermischen Konsolidierung die Schichtfunktion entscheidend beeinflussen kann.

Publications

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  MM Smedskjaer, Y Yue
  
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  MM Smedskjaer, Q Zheng, JC Mauro, M Potuzak, S M0rup, Y Yue
  
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• Structural and optical property tailoring of black silicon with fs-laser pulses. MRS Procs. 1405 (2012)
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• Density dependence of refractive index of nanoparticle-derived titania films on glass. Thin Solid Films 558 (2014) 8692
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• Large area, low cost anti-reflective coating for solar glasses. Solar Energy Mater. Solar Cells 128 (2014) 283-288
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