Röntgenbildgebung mit Synchrotronstrahlung

Methoden

Unser Anspruch ist es, Materialforschung der Spitzenklasse zu ermöglichen – sowohl für Eigenforschung als auch für externe Nutzer. Dafür betreiben wir gleich mehrere Beamlines an der weltgrößten, Hochbrillanz-Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III, teils in Alleinregie, teils in enger Kooperation mit dem DESY:

An diesen Beamlines haben wir eine Vielzahl von an die Bedürfnisse der Materialforschung ideal angepassten bildgebenden Röntgentechniken entwickelt:

Röntgenmikroskopie, Mikrotomographie und Nanotomographie

… sind moderne, etablierte Techniken, die wir routinemäßig an der Beamline P05/IBL bereitstellen. Diese Verfahren nutzen Absorptionskontrast und ermöglichen hochauflösende 3D-Abbildungen von komplexen Mikrostrukturen, mit Auflösungen von ca. 1µm (Mikrotomographie) bis hin zu unter 100 nm (Nanotomographie). Dank eines außerordentlich breiten Energiebereichs von 5 – 50 keV können diese Verfahren selbst auf stark absorbierende Materialien angewandt werden.
Am Nanotomographie-Messplatz steht ein weltweit einmaliger Detektorabstand von bis zu 20 m zur Verfügung und wird in Zukunft durch „cone-beam“-Röntgenmikroskopie ergänzt. Mikrotomographiedaten hingegen können mit einer Sichtfeldbreite von über 7 mm aufgezeichnet werden und dank der hohen verfügen Strahlenergie können Bilddaten auch aus dem Inneren von in-situ-Probenumgebungen aufgezeichnet werden.

Bild 2 Und 3 Wpi

Phasenkontrast-Mikrotomographie

… ermöglicht kontrastreiche 3D-Abbildungen selbst aus Dichtekontrast-armen Probensystemen oder wenn höchste Strahlenergien erforderlich sind. Diese Technik steht an den Beamlines P07/HEMS und P05/IBL zur Verfügung und kann somit über einen kombinierten Energiebereich von 5 – 100 keV hinweg genutzt werden. Trotz der hohen Energie können Daten mit einem hohen dynamischen Bereich und mit einer Auflösung bis hinunter zu 5 µm erfasst werden.
Auch für die Phasenkontrast-Mikrotomographie steht eine große Sichtfeldbreite von über 7 mm zur Verfügung und dank der höheren Strahlenergie können Bilddaten selbst aus ausgedehnten, komplexen in-situ-Probenumgebungen erhalten werden.

Bild 4 Und 5 Wpi

Raster-Nanodiffraktion

… nutzt im Gegensatz zu den Tomographietechniken ausschließlich Diffraktionskontrast. Sie liefert Informationen über Strukturdetails auf atomarer Längenskala und dies mit einer räumlichen Auflösung von 200 nm. Die Technik steht zur Verfügung an der Nanofocus Endstation der Beamline P03/MINAXS und liefert 2D-Abbildungen von Eigenspannungsprofilen, Kristalltexturen oder Phasenkompositionen aus kristallinen und semi-kristallinen Probensystemen (wie z.B. Metallen, Biomaterialien oder mikrostrukturierte Verbundwerkstoffen).
Die Strahlgröße von 250 x 350 nm² im Energiebereich von 8 – 23 keV kombiniert mit einer langbrennweitigen Röntgenoptik (8 cm freier Arbeitsabstand) ermöglichen auch hier die Implementierung von in-situ-Probensystemen. Kleinwinkel-, Weitwinkel- oder Oberflächenstreudaten (SAXS, WAXS, GISAXS) können z.B. während einer Beaufschlagung mit hydrostatischem Druck, mechanischer Dehnung oder aus dem Inneren eines Nanoindenters aufgezeichnet werden.

Bild 6 Und 7 Wpi

FIB/SEM und Labor-Mikrotomographie

Für die Vorcharakterisierung und Präparation von Proben halten wir außerdem zwei leistungsfähige Labor-Geräte vor. Mit dem Mikrotomographie-System (GE Nanotom) können 3D Rekonstruktionen von Probensystem außerhalb von Synchrotronstrahlzeiten angefertigt werden und die Focused-Ion-Beam-Milling Anlage (Zeiss Auriga) kann präzise mikroskopische Probenausschnitte herstellen, wie sie z.B. für Nanotomographieexperimente unumgänglich sind.

Bild 8 Und 9 Wpi