Charakterisierung von Nano- und Mikrostrukturen multipler Längenskalen
Das Nanostrukturzentrum deckt ein breites Spektrum moderner Charakterisierungsmethoden ab, die komplementär unterschiedliche Längenskalen von atomaren bis hin zu mikroskopischen Dimensionen erfassen. Die Auswahl der Methode richtet sich dabei nach der relevanten Strukturgröße, ihrer Oberflächensenitivität und der jeweiligen Fragestellung.
Im atomaren bis molekularen Bereich (0.01 – 1 nm) kommt als streuungsbasiertes Verfahren Röntgendiffraktion (XRD/WAXS) zum Einsatz. Dieses liefert präzise Informationen über Kristallstrukturen, Gitterparameter und Phasen – typisch etwa für metallische Legierungen, kristalline Polymere oder Flüssigkeiten. Für größere Strukturen im Nanometerbereich (1 – 100 nm) ist die Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) zentral. Sie erlaubt die Untersuchung von Nanopartikeln, Porenstrukturen oder supramolekularen Assemblaten. Darüber liefern Dynamische Lichtstreuung (DLS/DDLS) und Statische Lichtstreuung (SLS) Informationen über Partikelgrößenverteilungen und kollektive Eigenschaften in Lösungen im Bereich <10 nm – 1 μm, wie sie z. B. in der weichen Materie bei Kolloiden oder Makromolekülen, relevant sind.
Im Übergang zu mesoskopischen und mikroskopischen Skalen (≈ 1 nm – 10 μm) bieten bildgebende Verfahren im Realraum sowohl topographische als auch chemische Einblicke. Rasterkraftmikroskopie (AFM) in Verbindung mit ortsaufgelöster Raman-Spektroskopie kann besonders bei dünnen Filmen, Grenzflächen oder Nanokompositen wertvolle Informationen liefern. Rasterelektronenmikroskopie (SEM) eignet sich insbesondere für hochauflösende Oberflächenanalysen, etwa von Nanopartikeln, porösen Materialien oder Halbleitermikrostrukturen.
Für größere Strukturen bis in den Millimeterbereich (1 μm – 1 mm) steht Optische Mikroskopie für schnelle, großflächige Untersuchungen wie bei selbstorganisierten Systemen sowie zur metallgraphische Analysen zur Verfügung.
Durch die Kombination dieser Methoden entsteht ein durchgängiges Bild über mehrere Größenordnungen hinweg – von atomaren bis hin zu makroskopischen Strukturen. Dies ermöglicht es uns ein grundlegendes Verständnis von Struktur–Eigenschafts-Beziehungen in der Materialphysik und -chemie, insbesondere in Bereichen von Nanomaterialien, funktionalen Oberflächen und weicher kondensierter Materie zu erlangen.