Die Technologie der Zukunft wird ganz entscheidend durch neue Materialien geprägt werden. Egal ob es um bessere Batterien geht, um Brennstoffzellen oder um neuartige Halbleiter: Die Entwicklung maßgeschneiderter Materialien mit ganz besonderen Eigenschaften sorgt für Technologie-Booms in ganz unterschiedlichen Bereichen.

„Materials and Matter“ ist einer der Forschungsschwerpunkte der TU Wien. An mehreren Fakultäten wird mit großem Erfolg an neuen Materialien, ihren Eigenschaften und ihrem Verhalten (oft ganz besonders an ihrer Oberfläche) geforscht. Dafür braucht man auch erstklassige Messinstrumente, wie sie etwa am „Analytical Instrumentation Center“ zur Verfügung stehen.

Das High-Tech-Instrumentarium kann nun mit einer großzügigen Förderung der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG noch erweitert werden: Die TU Wien war beim aktuellen Call „F&E Infrastrukturförderung“ erfolgreich, mit rund 2,5 Millionen Euro wird nun ein neues High-End „TOF-SIMS“ aufgebaut – ein Gerät, das durch Ionenbeschuss die äußersten atomaren Schichten eines Materials extrem präzise analysieren kann.

Messen durch Ionenbeschuss

Das Grundprinzip der TOF-SIMS-Technologie ist einfach: Man schießt bestimmte Ionen – zum Beispiel elektrisch geladene Sauerstoff- oder Bismut-Atome – auf eine Oberfläche. Durch den Aufprall werden Atome oder Moleküle aus der Oberfläche herausgeschlagen, die dann davonfliegen. Auch diese Fragmente sind oft elektrisch geladen, man spricht dann von „Sekundärionen“. Sie kann man zum Beispiel mit Hilfe eines elektrischen Feldes nach Ladungszustand und Masse sortieren. Aus der Verteilung dieser Sekundärionen kann man dann auf die Zusammensetzung und die Eigenschaften der ursprünglichen Oberflächenprobe zurückschließen.

Ein solches TOF-SIMS-Gerät steht seit 2007 an der TU Wien bereits zur Verfügung. Das neue Modell, das mit Hilfe der FFG-Infrastrukturförderung angeschafft werden kann, wird aber völlig neue Möglichkeiten eröffnen: Neben vielen anderen technischen Verbesserungen wird vor allem die räumliche Auflösung viel höher sein, durch niedrigere Nachweisgrenzen wird man auch winzige Spuren verschiedener Substanzen aufspüren können, man wird die dreidimensionale Verteilung bestimmter Elemente in der Probe abbilden können.

Das neue Gerät wird in das Analytical Instrumentation Center der TU Wien integriert. Es passt perfekt zu den anderen Analysetechnologien, die dort schon bereitstehen. Insgesamt ergibt sich so ein System komplementärer Messverfahren, mit denen man modernste materialwissenschaftliche Forschung betreiben kann. Die neue Infrastruktur wird von Annette Foelske, der Leiterin des Analytical Instrumentation Centers, und Prof. Herbert Hutter vom Institut für Chemische Technologien und Analytik, aufgebaut und betreut – und wird allen Forschungsgruppen Österreichs und insbesondere denen der TU Wien zur Verfügung stehen. Maßgeblich beteiligt sind die Fakultäten für Physik (Prof. Markus Valtiner), Elektrotechnik und Informationstechnik (Prof. Ulrich Schmid), Maschinenwesen und Betriebswissenschaften (Prof. Helmut Riedl-Tragenreif) und Chemie (Prof. Jürgen Fleig).

Aerosole und Klima

Auch ein weiteres Projekt mit Beteiligung der TU Wien wird von der FFG unterstützt – dabei geht es um die Erforschung von Aerosolen, also kleinen Partikeln in der Luft, die unter anderem auch für das Klima eine wichtige Rolle spielen. Anne Kasper-Giebl (ebenfalls Institut für Chemische Technologien und Analytik) will für ein Forschungsprojekt mit GeoSphere Austria und der Universität Wien Aerosole am Sonnblick-Observatorium messen. Dafür soll nun ein Aerosol-Massenspektrometer aufgebaut werden, mit dem die Zeitauflösung bisheriger Messungen zur chemischen Zusammensetzung der Partikel deutlich verbessert wird.