Chemische Reaktionen in Echtzeit beobachten
Zentrum für Elektronenmikroskopie erhält Zuwachs
Am Zentrum für Elektronenmikroskopie der Empa ist seit Kurzem ein neues Transmissions-Elektronenmikroskop im Einsatz, das völlig neue Möglichkeiten in der physikalischen und chemischen Analyse besonders kleiner Proben bietet. Damit lässt sich etwa das Wachstum von Nano-Kristallen in Echtzeit beobachten – und auf Video aufnehmen.
Begeistert berichtet Rolf Erni vom neuesten Gerät, das seit Anfang des Jahres in den Labor-Räumlichkeiten der Empa in Betrieb ist und das mitsamt zugehöriger Technik einen ganzen Raum ausfüllt. Dank einer höheren Auflösung erlaubt das neue Transmissionselektronenmikroskop (TEM) atomar-aufgelöste chemische Analysen und in situ-Messungen, also die Beobachtung von Vorgängen wie chemischen Reaktionen an Ort und Stelle. «Daher sind gerade Videos sehr wertvoll, da sie den exakten Ablauf der Reaktion zeigen und nicht nur eine Momentaufnahme», sagt Erni.
In situ-Experimente haben Erni und Co. bereits mehrere am neuen TEM durchgeführt. Dabei ging es hauptsächlich darum, das Wachstum von Nanoteilchen in Flüssigkeiten zu beobachten. «Wir haben schon Gold- und Silber-Teilchen in Flüssigkeiten wachsen lassen und in Echtzeit beobachtet.» Derartige Untersuchungen seien noch relativ grundlagennah, will heissen: wenig anwendungsbezogen. «In Zukunft kann das aber hochinteressant werden», so Erni, «wenn man zum Beispiel neue Batteriematerialien in situ anschaut und dann auch gleich die elektrochemischen Reaktionen beobachten beziehungsweise kontrollieren kann.» Und irgendwo müsse man ja schliesslich anfangen. Der Grundstein für die Zukunft ist damit jedoch gelegt.
Durch die neuen analytischen Fähigkeiten des TEMs ist es aber auch möglich, Elektronenholographie anzuwenden, also ein Verfahren, mit dem elektrische und magnetische Domänen mit Nanometer-Auflösung abgebildet werden können. So kann die Probe nicht nur besser strukturell und chemisch, sondern auch gleich noch physikalisch untersucht werden. Daher ist das TEM insbesondere für lokale Messungen an sehr kleinen Proben geeignet. «Wenn die Proben grösser sind, ist ein Transmissionselektronenmikroskop nicht das richtige Instrument. Dafür gibt es andere Methoden, die statistisch relevantere Ergebnisse liefern, wie z. B. chemische Analysen», erklärt Erni.
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