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Oral-Poster-Präsentation

Zerstörungsfreie Materialuntersuchung mithilfe der Positronen-Annihilations-Lebensdauer-Spektroskopie (PALS)

Mittwoch (04.12.2019)
10:00 - 10:05 Uhr

Die Positronen-Annihilations-Lebensdauer-Spektroskopie (PALS) ist eine im wissenschaftlichen Bereich etablierte Methode zur zerstörungsfreien Materialuntersuchung von Defekten im Nanometermaßstab. Dabei werden Positronen (Elektron-Antiteilchen) in ein Material implantiert, in dem sie nach einer kurzen Thermalisierungs- und Diffusionsstrecke an Orten mit verringerter Elektronendichte lokalisiert werden. Aufgrund ihrer sehr hohen Sensitivität ist es möglich, Defekte und deren Veränderungen in den Frühstadien ihres Erscheinens zu untersuchen. Sie besticht durch die Möglichkeit, Werkstoffe oder Bauteile zerstörungsfrei und ohne aufwändige Probenpräparation zu untersuchen und parallel zur Fertigung zu analysieren. Darüber hinaus bietet die PALS eine Porengrößenbestimmung, die nicht auf ein offenes System limitiert ist, keine Schäden am Material hinterlässt und den Bereich unter 50 nm mit hoher Präzision auflöst. Des Weiteren erweist sich die simple Probenpräparation im Bereich der Metall- und Halbleiter-Untersuchungen als signifikanter Vorteil gegenüber anderen Messmethoden. Des Weiteren kann das freie Volumen in Polymeren bestimmt werden, was Aussagen über das Ermüdungsverhalten, der Vorhersage von Mikrorissen bzw. von Versprödungen liefert.

Durch die Verwendung des Radioisotops 22Na ist es möglich, Strukturinformationen aus Tiefen von einigen hundert Mikrometern zu erhalten, ohne dabei durch Störungen an der Oberfläche an Sensitivität zu verlieren. Dadurch erhält man eine statistisch gemittelte Information über einen weiten Probenbereich und ist unabhängig von einzelnen irregulären Störungen. Ein weiterer Vorteil der Messmethode ist die Möglichkeit, in-situ Untersuchungen von Materialien bei verschiedenen Temperaturen, Drücken oder Atmosphären durchzuführen. Daraus resultierend kann die Defekt-Kinetik in Metallen oder Halbleitern bzw. die Veränderung von Polymeren oder Porensystemen untersucht werden. Innovative Produkte oder Werkstoffe sind immer anfälliger für Verunreinigungen oder Störungen im Prozessverlauf und es wird immer komplizierter, die Auswirkungen von veränderten Fertigungsschritten auf die innere Struktur zu überprüfen oder Langzeiteffekte abzuschätzen. Verlässliche Aussagen über Funktionalität und Qualität können nur noch mithilfe sensitiver Kontrollmethoden getroffen werden.

Dieser Vortrag soll einen ersten Einblick in die Positronen-Annihilations-Lebensdauer-Spektroskopie liefern und als Grundlage für weiterführende Diskussionen dienen.


 

Sprecher/Referent:
Eric Hirschmann
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Maik Butterling
    Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.