Röntgendiffraktometer

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509059014

Zur Strukturanalyse weicher Materie auf molekularen bis hin zu mesoskopischen Längenskalen (Å bis µm-Bereich) beantragen wir die Beschaffung eines leistungsstarken und vielseitig einsetzbaren Röntgendiffraktometers. Neben Röntgenkleinwinkelstreuung (Small Angle X-ray Scattering, SAXS) an Volumenproben ist die Hauptaufgabe die Charakterisierung dünner Schichten an flüssig/gas und fest/gas Grenzflächen mittels Röntgenreflektometrie (X-Ray Reflectivity, XRR) und SAXS unter streifendem Einfall (Grazing Incidence Small Angle and Wide X-ray Scattering, GISAXS/GIWAXS). Die Kombination aus brillanter Röntgenquelle (Drehanode) und hochauflösendem primärstrahlfesten 2D-Detektor ermöglicht die Untersuchung von Strukturen auf Längenskalen von wenigen Å bis zu µm an Grenzflächen und in Volumenproben mit einem Laborgerät. Allgemein gilt es, die Zusammenhänge zwischen Struktur, Eigenschaften und Funktionen kolloidaler Systeme aufzuklären und zu kontrollieren, um neue funktionelle Materialien entwickeln zu können. Beispiele für Proben sind dünne stimuli-responsive Polymerfilme unterschiedlicher molekularer Architektur (Polymerbürsten, Polyelektrolytmultilagen, (Mikro)Gelschichten), die in Lösungsmitteln bzw. deren Dämpfen quellen. Diese sind meistens auf festen Unterlagen adsorbiert und optional mit anorganischen Partikeln zur Ankopplung an äußere Felder (Licht, magnetisches Feld) beladen. Hier soll untersucht werden, inwieweit sich die Struktur auf das Quellverhalten, Dynamik und die Mechanik der Filme auswirkt. Andere Arten von zu untersuchenden dünnen Filmen sind poröse Filme, deren Struktur z. B. über Sol-Gel-Chemie kontrolliert eingestellt wird. In anderen Projekten wird die Strukturbildung oberflächenaktiver Additive (Lipide, Proteine, Tenside, Partikel, Mikrogele) an der Wasser-Luft-Grenzfläche untersucht. Diese können z. B. Schäume und Emulsionen schaltbar (de)stabilisieren oder sich entscheidend auf osmotische Drücke in biologischen Membransystemen auswirken. Hauptnutzer sind die beiden Arbeitsgruppen der Antragstellerin und von Emanuel Schneck, deren Fachgebiete im selben Gebäude verortet sind, in dem auch das Röntgendiffraktometer aufgebaut werden soll. Zudem gibt es eine Reihe von Kooperationen, bei denen das beantragte Gerät zum Einsatz kommen soll. Wir verfügen zurzeit über eine SAXS-Anlage (mehr als 40 Jahre alt) und ein Röntgenreflektometer (15 Jahre alt), mit denen z. B. Messungen zur lateralen Ordnung (streifender Einfall) nicht möglich sind. Die AG Donner an der TU Darmstadt verfügt über eine Reihe verschiedener Röntgendiffraktometer zur Strukturanalyse insbesondere von Kristallen, d. h. mit Optimierung für den Weitwinkelbereich. Die spezielle Probenvorbereitung und Probenumgebungsanforderungen zur röntgenographischen Untersuchung weicher Materie (Reinstwasseraufbereitung, Langmuir-Trog oder Luftfeuchtigkeitszelle) schließt eine Nutzung des Dünnschicht-Röntgendiffraktometers der AG Alff (TU Darmstadt) aus.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Röntgendiffraktometer
• Gerätegruppe: 4010 Einkristall-Diffraktometer
• Antragstellende Institution: Technische Universität Darmstadt
• Leiterin: Professorin Dr. Regine von Klitzing