Die Kontaktwinkelmessung dient zur Feststellung der Oberflächenspannung sowie zur Bestimmung der Oberflächenenergie.
Durch Aufbringen eines Tropfens einer Messlösung auf die Oberfläche kann mittels der Bestimmung des Kontaktwinkels und anschließender Berechnung der Ober- und Grenzflächenspannung die Reinheit der Oberfläche bestimmt werden.
Anwendung
Bestimmung der Oberflächenreinheit von Halbleiterwafern und Bildschirmglassubstraten
Lackieren, Bedrucken und Beschichten von Metallen – Kunststoffen – Papieren
Entwicklung kosmetischer und pharmazeutischer Produkte, z.B. Salben, Cremes, usw.
Entwicklung von Hochleistungsverbundwerkstoffen
Optimieren des Adsorptionsverhaltens von saugfähigen Papieren
Entwicklung grenzflächenaktiver Pflanzenschutzmittel
Oberflächenfinish und die Reinigung von Textilien
Die Kontaktwinkelmessung zeigt, dass die Haftung zwischen zwei Phasen umso stärker ist, je ähnlicher sich die dispersen und polaren Anteile ihrer Oberflächenenergie oder Oberflächenspannung sind, was zu einer geringeren Grenzflächenenergie führt.
Gerät SCA 20 der Fa. Dataphysics
Elektronisches Spritzenmodul [ES] mit einer Hamilton 500µl Dosiernadel
Messmethoden: Sessile Drop [SD liegender Tropfen] statisch, Pendant Drop-Method
Die Kontaktwinkelauswertung wird mittels Tangenten-Methode durchgeführt
Die Tropfenkontur wird aus der Helligkeitsdifferenz zwischen Tropfen und Umgebung bestimmt.
Die Berechnung der Oberflächenspannung wird nach der Young-Laplace-Gleichung vorgenommen.
Die Auswertung der freien Oberflächenenergie [SE] wird meist nach OWRK [Owens-Wendt-Rabel und Kaelble] durchgeführt, dabei können auch die dispersen und polaren Anteile der Oberflächenenergie/-spannung bestimmt werden.
Röntgendiffraktometrie mit streifendem Einfall (GIXRD)
Röntgendiffraktometrie zur Untersuchung von Metallen
Röntgendiffraktometrie bezeichnet die Beugung eines Röntgenstrahls an kristallinen Proben mit geordneter periodischer Struktur. Mit den drei Diffraktometern am fem können alle kristallinen Werkstoffe wie Metalle, Keramiken, dünne Schichten und Nanopartikel untersucht und verschiedene Informationen über Proben gewonnen werden:
Qualitativer Phasenbestand (Ausscheidungen in Metalllegierungen, Mischkristallhärtung etc.)
Quantitative Phasenzusammensetzung (z.B. Restaustenitgehalt in Stählen)
Mikrostruktur (Kristallitgröße, Mikrospannungen)
Kristallographische Textur (z.B. Vergleich von kaltgewalzten Blechen)
In-situ-Untersuchungen bei hohen Temperaturen in verschiedener Atmosphäre bis 900 °C (z.B. Phasenumwandlungen)
BEISPIELE FÜR UNTERSUCHUNGEN
Tiefenprofil der Eigenspannungen in oberflächengehärteten Stahl
Texturmessung an kaltgewalztem Kupferblech
In-situ-Untersuchung von Phasenumwandlungen im System Nickel-Zinn
Röntgendiffraktometrie iN DER Oberflächentechnik
Röntgendiffraktometrie bezeichnet die Beugung eines Röntgenstrahls an kristallinen Proben mit geordneter periodischer Struktur. Mit den drei Diffraktometern am fem können alle kristallinen Werkstoffe wie Metalle, Keramiken, dünne Schichten und Nanopartikel untersucht und verschiedene Informationen über Proben gewonnen werden:
Qualitativer Phasenbestand (z.B. Anodenbeläge in galvanischen Bädern, Dispersionsabscheidungen, Oberflächen in verschiedener Modifikation wie kubisches und hexagonales Bornitrid oder Molybdännitrid)
Quantitative Phasenzusammensetzung mit Rietveldanalyse
Mikrostruktur (z.B. Kristallitgröße von Katalysatorbeschichtungen)
Kristallographische Textur und Korrelation mit Eigenschaften
Eigenspannungen (z.B. Eigenspannungen in dünnen Schichten in Abhängigkeit von Prozessbedingungen)
Amorpher Anteil (z.B. im System Nickel-Phosphor)
In-situ-Untersuchungen bei hohen Temperaturen in verschiedener Atmosphäre bis 900 °C (z.B. Phasenumwandlungen in galvanischen Schichtsystemen)
Für die Oberflächentechnik spielt die Informationstiefe eine wichtige Rolle. Bei der Röntgendiffraktometrie kann sie durch die Wahl der experimentellen Bedingungen auf die jeweilige Fragestellung angepasst werden (Berechnete Informationstiefe der Röntgenstrahlung in einer galvanisch verzinkten Probe):
Bragg-Brentano-Geometrie mit Kupfer Ka-Strahlung: Informationstiefe 2,3 µm
Bragg-Brentano-Geometrie mit Molybdän Ka-Strahlung: Informationstiefe 18,5 µm
Streifender Einfall unter 1° mit Kupfer Ka-Strahlung: Informationstiefe 300 nm
Mittels Molybdänstrahlung können auch dickere Schichtsysteme untersucht und mit Röntgendiffraktometrie unter streifendem Einfall (Gracing Incidence X-Ray Diffraction, GIXRD) können Proben auch oberflächensensitiv untersucht werden.
Strahlengang der Röntgenstrahlung von Röntgenröhre über die Probe (S) zum Detektor (D) bei der XRD unter streifendem Einfall für oberflächensensitive Untersuchungen
TECHNISCHE AUSSTATTUNG
Siemens D5000
Röntgenstrahlung: Cr Ka, Cu Ka Primäroptik: Polykapillare Detektor: Szintillationszähler Besonderheit: Eulerwiege
Bruker D8 Discover in GADDS-Konfiguration
Röntgenstrahlung: Cu Ka Primäroptik: Göbelspiegel, Rundblende Detektor: 2D-Flächendetektor Vantec-500 Besonderheiten: Ortsauflösung, Fokussierung mit Laser-Video-Einheit, Hochtemperaturdiffraktometrie
Bruker D8 Discover Da Vinci Röntgenstrahlung: Cr Ka, Mo Ka
Röntgendiffraktometrie zur Untersuchung von Metallen
Röntgendiffraktometrie bezeichnet die Beugung eines Röntgenstrahls an kristallinen Proben mit geordneter periodischer Struktur. Mit den drei Diffraktometern am fem können alle kristallinen Werkstoffe wie Metalle, Keramiken, dünne Schichten und Nanopartikel untersucht und verschiedene Informationen über Proben gewonnen werden:
Qualitativer Phasenbestand (Ausscheidungen in Metalllegierungen, Mischkristallhärtung etc.)
Quantitative Phasenzusammensetzung (z.B. Restaustenitgehalt in Stählen)
Mikrostruktur (Kristallitgröße, Mikrospannungen)
Kristallographische Textur (z.B. Vergleich von kaltgewalzten Blechen)
In-situ-Untersuchungen bei hohen Temperaturen in verschiedener Atmosphäre bis 900 °C (z.B. Phasenumwandlungen)
BEISPIELE FÜR UNTERSUCHUNGEN
Tiefenprofil der Eigenspannungen in oberflächengehärteten Stahl
Texturmessung an kaltgewalztem Kupferblech
In-situ-Untersuchung von Phasenumwandlungen im System Nickel-Zinn
Röntgendiffraktometrie iN DER Oberflächentechnik
Röntgendiffraktometrie bezeichnet die Beugung eines Röntgenstrahls an kristallinen Proben mit geordneter periodischer Struktur. Mit den drei Diffraktometern am fem können alle kristallinen Werkstoffe wie Metalle, Keramiken, dünne Schichten und Nanopartikel untersucht und verschiedene Informationen über Proben gewonnen werden:
Qualitativer Phasenbestand (z.B. Anodenbeläge in galvanischen Bädern, Dispersionsabscheidungen, Oberflächen in verschiedener Modifikation wie kubisches und hexagonales Bornitrid oder Molybdännitrid)
Quantitative Phasenzusammensetzung mit Rietveldanalyse
Mikrostruktur (z.B. Kristallitgröße von Katalysatorbeschichtungen)
Kristallographische Textur und Korrelation mit Eigenschaften
Eigenspannungen (z.B. Eigenspannungen in dünnen Schichten in Abhängigkeit von Prozessbedingungen)
Amorpher Anteil (z.B. im System Nickel-Phosphor)
In-situ-Untersuchungen bei hohen Temperaturen in verschiedener Atmosphäre bis 900 °C (z.B. Phasenumwandlungen in galvanischen Schichtsystemen)
Für die Oberflächentechnik spielt die Informationstiefe eine wichtige Rolle. Bei der Röntgendiffraktometrie kann sie durch die Wahl der experimentellen Bedingungen auf die jeweilige Fragestellung angepasst werden (Berechnete Informationstiefe der Röntgenstrahlung in einer galvanisch verzinkten Probe):
Bragg-Brentano-Geometrie mit Kupfer Ka-Strahlung: Informationstiefe 2,3 µm
Bragg-Brentano-Geometrie mit Molybdän Ka-Strahlung: Informationstiefe 18,5 µm
Streifender Einfall unter 1° mit Kupfer Ka-Strahlung: Informationstiefe 300 nm
Mittels Molybdänstrahlung können auch dickere Schichtsysteme untersucht und mit Röntgendiffraktometrie unter streifendem Einfall (Gracing Incidence X-Ray Diffraction, GIXRD) können Proben auch oberflächensensitiv untersucht werden.
Strahlengang der Röntgenstrahlung von Röntgenröhre über die Probe (S) zum Detektor (D) bei der XRD unter streifendem Einfall für oberflächensensitive Untersuchungen
TECHNISCHE AUSSTATTUNG
Siemens D5000
Röntgenstrahlung: Cr Ka, Cu Ka Primäroptik: Polykapillare Detektor: Szintillationszähler Besonderheit: Eulerwiege
Bruker D8 Discover in GADDS-Konfiguration
Röntgenstrahlung: Cu Ka Primäroptik: Göbelspiegel, Rundblende Detektor: 2D-Flächendetektor Vantec-500 Besonderheiten: Ortsauflösung, Fokussierung mit Laser-Video-Einheit, Hochtemperaturdiffraktometrie
Bruker D8 Discover Da Vinci Röntgenstrahlung: Cr Ka, Mo Ka
