Spektroskopie-Verfahren

© Fraunhofer ILT

Spektroskopie.

Mikroskopische Untersuchung des Flächenwiderstandes einer ITO-Schicht im Bereich der Änderung von Prozessparametern (flash lamp annealing).
© Fraunhofer IWS Dresden

Mikroskopische Untersuchung des Flächenwiderstandes einer ITO-Schicht im Bereich der Änderung von Prozessparametern (flash lamp annealing).

HiBarSens - Permeation analyzer for the determination of the water vapor transfer rate of ultra barrier foils and polymer webs.
© Sempa Systems GmbH

HiBarSens - Permeation analyzer for the determination of the water vapor transfer rate of ultra barrier foils and polymer webs.

Laserspektroskopische Verfahren ermöglichen chemische Analysen von Materialien in allen Aggregatzuständen. Reflexions-, Transmissions- und Absorptionsmessungen sowie spezielle Formen der Emissionsmessung wie Fluoreszenz- und Ramanspektroskopie lassen charakteristische Merkmale und Zusammensetzungen von Atomen und Molekülen bestimmen.

Mit der am Fraunhofer ILT schwerpunktmäßig entwickelten Laser-Emissionsspektrometrie (LIBS) werden Multi-Elementanalysen durchgeführt, die mit laser-induzierter Fluoreszenz- oder Raman-Spektroskopie mit Molekül- oder Kristallstruktur-Informationen ergänzt werden können. Durch die Integration von Laser-Ablations-Verfahren können auch beschichtete und verunreinigte Materialien auf ihre Kern-Zusammensetzung untersucht werden.

Am Fraunhofer ILT werden Verfahrensentwicklungen vor allem für solche Anwendungen durchgeführt, in denen sich die Vorteile der Laserspektroskopie als schnelle und berührungslose Analyse gewinnbringend nutzen lassen. Metallische Werkstoffe werden direkt in Prozesslinien untersucht, um Verwechslungen rechtzeitig zu erkennen. Ebenso werden mineralische Rohstoffe inline erfasst, um Qualitätsschwankungen durch eine verbesserte Prozessführung auszugleichen. Für das werkstoffliche Recycling werden Einzelteile auf Förderbändern klassifiziert, um sie sortenreinen Fraktionen zuzuführen. Materialuntersuchungen mit Messraten im kHz-Bereich werden für bildgebende Analysen eingesetzt, um Materialstrukturen und Fehlstellen schnell und mit geringen Probenvorbereitungsaufwand darzustellen.

Gas- und Partikelmesstechnik

In der Gas- und Partikelmesstechnik verfolgt das Fraunhofer IPM die folgenden Schwerpunkte:  

IR-Spektroskopie: Beispielsweise für die hochdynamische Messung von Kohlenwasserstoffen im Pkw-Abgas hat das Fraunhofer IPM ein schnelles IR-Filterspektrometer für den Prüfstand entwickelt. Das System misst die Konzentration verschiedener Abgaskomponenten simultan mit einer Zeitauflösung von 5 Millisekunden und dient so der Analyse und Optimierung dynamischer Vorgänge in Mehrstufen-Katalysatorsystemen.

Gasmesstechnik: In der Gasmesstechnik werden verschiedenste Spektroskopieverfahren – vom UV bis ins MIR – eingesetzt. Für bestimmte eignen sich besonders auch miniaturisierte Gassensoren, Systemkomponenten und Sensorsysteme. Darunter z. B. anwendungsspezifische Halbleiter-Gassensoren und kolorimetrische Gassensoren sowie modulierbare Strahler für das mittlere Infrarot.

Partikelmesstechnik: Abhängig von der Fragestellung kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. Neben Streulichtmessverfahren für die schnelle Bestimmung von Partikelgrößenverteilungen – gegebenenfalls in Kombination mit Fluoreszenzmessverfahren zur stofflichen Unterscheidung von Partikeln – stehen spektroskopische und mikroskopische Verfahren zur Verfügung.

Dünnschicht-Messtechnik

Bei der Abscheidung von komplexen, optischen Schichtsystemen sind die Dicken der Einzelschichten von enormer Bedeutung. Am Fraunhofer IST wurde daher das modulare Monitoringsystem MOCCA+® entwickelt – eine  innovative Hard- und Software, mit der Beschichtungsanlagen zur Herstellung (präzisions-)optischer Systeme überwacht und vollautomatisch gesteuert werden können. Dabei erfolgt eine in-situ Messung der Transmission oder Reflexion in einem breiten Spektralbereich von UV bis zum SWIR, d.h. von Wellenlängen bis ca. 2500 nm.

Die Anwendung der Laserdiodenspektroskopie am Fraunhofer IWS ermöglicht es, die Wasserdampfpermeationsrate (WVTR) von flexiblen Ultrabarrieresystemen bis in den Bereich von 1 E-6 Gramm pro Quadratmeter und Tag sicher nachzuweisen. Das vom Fraunhofer IWS entwickelte neue Detektionskonzept, welches eine Vielzahl von Vorteilen in sich vereint, konnte als kompaktes Laborgerät umgesetzt werden

Für die Analyse von Dünnschichtsystemen sowohl in-situ als auch als Mittel zur Produktkontrolle werden verschiedene spektroskopische Verfahren entwickelt und als System qualifiziert. Als Kernkompetenz bietet hier das Fraunhofer FEP Systeme zur Analyse der chemischen Zusammensetzungen an:

  • Energiedispersive Spektrometrie von Röntgenstrahlen (EDS)

  • Optische Glimmentladungsspektrometrie (GD-OES)

Hyperspectral Imaging

Darüber hinaus bietet das Fraunhofer IWS mit dem Hyperspectral Imaging (HSI) eine spektroskopische Bildgebung im nahen Infrarot (NIR), sichtbaren Bereich (VIS) oder im ultravioletten Bereich (UV) des Lichts und ermöglicht eine zeit- bzw. ortsaufgelöste Messung aller spektralen Merkmale. So kann eine umfassende und vollständige (100 Prozent) Analyse des Produkts oder des Prozesses erfolgen. Die Möglichkeit der Mikroskopkopplung erweitert die Untersuchungen bis in den sub-Mikrometer-Bereich.

Die Verarbeitung und Interpretation der gewonnenen Daten ist eine essentielle Voraussetzung für eine Messung hoher Spezifität. Hierzu bietet beispielsweise das Kompetenzzentrum Datenmanagement in einer Kooperation mit der TU Dresden und dem Universitätsklinikum Dresden entsprechende Werkzeuge an. Gemeinsam entwickeln die Partner interaktive Assistenzsysteme und Methoden für große Datenmengen (BigData). Im Fokus stehen digitale Bilddaten, die zur Früherkennung, Temperaturmessung, Diagnose, Therapieplanung, Therapieunterstützung oder Erfolgskontrolle genutzt werden. Forschung und Entwicklung reichen von der Bildakquisition über die Bildverarbeitung, die Modellierung und Visualisierung bis hin zum User-Interface- und Applikationsdesign.

 

Ihre Ansprechpartner an den Instituten sind:

Contact Press / Media

Dr. Wulf Grählert

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstr. 28
01277 Dresden

Telefon +49 351 83391-3406

Contact Press / Media

Dr. Michael Vergöhl

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Bienroder Weg 54 e
38108 Braunschweig

Telefon +49 531 2155-640

Contact Press / Media

Dr. rer. nat. Cord Fricke-Begemann

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstr. 15
52074 Aachen

Telefon +49 241 8906-196

Fax +49 241 8906-121

Contact Press / Media

Prof. Dr. Jürgen Wöllenstein

Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Heidenhofstr. 8
79110 Freiburg

Telefon +49 761 8857-134

Fax +49 761 8857-224

Contact Press / Media

Dr. Olaf Zywitzki

Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
Winterbergstr. 28
01277 Dresden

Telefon +49 351 2586-180

Fax +49 351 2586-55180