Rasterelektronenmikroskopie (REM)

Video: Analyse der Mikrostruktur von Zement mit CT und REM/FIB (summaery 2020)

Zur anwendungsoptimierten Gestaltung der Eigenschaften, der Verbesserung der Nachhaltigkeit, Dauerhaftigkeit und für die Entwicklung innovativer Materialien ist die mikrostrukturelle Charakterisierung essentiell. Der Vorteil der Rasterelektronenmikroskopie (REM) ist, dass alle Daten ortsaufgelöst und mit einer Auflösung vom Makro- bis in den Nanometerbereich (Abb.1) erfasst werden. Dies umfasst die ultrahochauflösende elektronenmikroskopische Abbildung sowie die chemisch-kristallografische Charakterisierung (Abb.1-4). 

Abb. 1: Festigkeitsbestimmende Phasen im Beton: Calcium-Silikat-Hydratphasen (rechts) und Portlandit (links) abgebildet mittels hochauflösendem Rasterelektronenmikroskop (Nova NanoSEM 230, FEI)
Abb. 2: Chemische und kristallografische Analysetechniken im SEM
Abb. 3: EDX Phasenmapping eines Portlandzementklinkers; gelb-Belit, grün-Alit, blau-C3A, magenta-C4AF, rot-Periklas
BSE Abbildung
Abb. 4: Elektronenrückstreubeugung im REM - Kristallorientierungsmap von synthetischem Alit
Gemessenes Elektronenbeugungsmuster von Alit überlagert mit berechneten Beugungsmuster für monoklinen Ali

Ein Schwerpunkt der AG Elektronenmikroskope ist die Anwendung modernster Abbildungs- und Analysetechniken im REM, um Baustoffe zu charakterisieren. Herkömmlich erfolgt dies an Probenoberflächen (Bruchflächen oder Anschliffe). Dazu stehen der AG Elektronenmikroskopie drei Rasterelektronenmikroskope und verschiedene Geräte zur Probenpräparation zur Verfügung (siehe Ausstattung). Außerdem besteht die Möglichkeit wässrige Suspensionen mittels cryo-Präparation im REM zu charakterisieren.

Der reale dreidimensionale (3D) Aufbau der Materialstruktur über einen breiten Skalenbereich (von Nano bis Makro) ist immer noch ein zentrales analytisches Problem. Eine tomografische 3D-Abbildung und Analyse ist mittels fokussiertem Ionenstrahl (engl: „Focused Ion Beam, FIB“) -der zur Probenpräparation im REM genutzt wird- möglich (Abb. 5). Ein entsprechendes FIB-SEM steht der AG seit November 2018 zur Verfügung.

Abb. 5: Serielles Schneiden der Proben mittels Fokussiertem Ionenstrahl - FIB (links) und Bildrekonstruktion in der eine Differenzierung des Porenraumes (blau), der Hydratphasen (rot) und des unhydrierten Zementes (grau) möglich ist (links)

REM Schwerpunkte:

  • Mikroskopische Analytik (EDX Spektroskopie und Elektronenrückstreubeugung, EBSD) und Abbildungen an Baustoffen mit Auflösungen bis in den Nanometerbereich
  • 2D Abbildung und Analyse im REM sowie tomografische (3D) Charakterisierung mittels Fokussiertem Ionenstrahl kombiniert mit REM (FIB-REM)
  • Quantitative Bildanalyse (verfügbare Software: Avizo, Fiji/ImageJ)
  • Charakterisierung von Hydratationsvorgängen, Phasenverteilungen, Porosität und Rissen in anorganischen Bindemitteln
  • Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit von Beton: Sulfat- und Chloridangriff, Karbonatisierung, Frost-Tauwechsel u.a.
  • Evaluierung der Artefaktbildung bei Beobachtungen im konventionellen REM vs. Niedrigvakuum REM (ESEM XL30, FEG) vs. Niedrigspannung REM (NovaNano SEM 230, Helios Nanolab G4UX) vs. Präparation unter cryo-Bedingungen (LN2) (NovaNano SEM 230 und Helios Nanolab G4UX)
  • Praktika für Studierende, Workshops sowie Öffentlichkeitsarbeit
  • Durchführung von Forschungsvorhaben für die Industrie (AiF ZIM etc.)
  • Aufklärung von Schadensfällen, Analytik für Gutachten (z.B. Asbestbestimmung, Materialzusammensetzung, sowie Aufklärung von chemischen, physikalischen und biologischen Korrosionsvorgängen in Baustoffen und ähnlichen Materialien)


Kontakt:

Dr. rer. nat. Christiane Rößler
Bauhaus-Universität Weimar - F. A. Finger Institut für Baustoffkunde
Coudraystr. 11 A, R 218 / 205
99423 Weimar
Tel: +49 (0) 3643 58 4754/26
E-mail: christiane.roessler[at]uni-weimar.de