Mikroskop deckt 3D-Struktur von Nanomaterialien auf

Forschern des Düsseldorfer Max-Planck-Instituts für Eisenforschung ist die Entwicklung des weltweit ersten Elektronenmikroskops gelungen, das eine dreidimensionale Analyse von Nanomaterialien erlaubt. Das neuartige Gerät macht sich zwei bisher getrennt voneinander eingesetzte Technologien zunutze, die nun in einem Instrument zusammengefügt wurden. Ein hoch auflösendes Rasterelektronenmikroskop sorgt für zweidimensionale Abbildungen der untersuchten Mikrostruktur. Komplettiert wird das dreidimensionale Bild von einem in Atommikroskopen eingesetzten Ionenstrahl, der in nanoskopischer Größenordnung Scheibe für Scheibe des Materials abträgt.

Mit dem innovativen 3D-Mikroskop erhoffen sich die Forscher wichtige Rückschlüsse auf die mikroskopische Materialbeschaffenheit von Metall- und Biowerkstoffen. „Die Kombination eines automatisierten Materialabtrags mit einem hoch auflösenden Elektronenmikroskop liefert ein Spektrum an kristallographischen Informationen, das die Möglichkeiten herkömmlicher Mikroskopietechniken weit übertrifft“, erklärt Projektleiter Dierk Raabe. So sorgen beispielsweise in Metalllegierungen eingebettete, winzige Kristallpartikel für Materialeigenschaften, die für bestimmte industrielle Anwendungsgebiete von großer Bedeutung sind.

„Um Legierungen temperaturresistenter und härter zu gestalten, versucht man diese durch die Einlagerung winziger Partikel zu veredeln“, so Raabe. Die dreidimensionale Analyse mit Auflösungen bis zu 40 Kubik-Nanometer ermöglicht Raabe zufolge wichtige Erkenntnisse hinsichtlich der Effekte dieser eingelagerten Partikel auf die Werkstoffbeschaffenheit. Aktuell kommt das Analyseverfahren bei der Entwicklung neuer Hochtemperaturgasturbinen zum Einsatz. Die Forscher versuchen die Temperaturfestigkeit der Schaufeln zu erhöhen, um den Betrieb von Kraftwerken wirkungsintensiver zu gestalten.