Forschung

Unsere Forschungsaktivitäten befassen sich mit der Analyse von Oberflächen und von Vorgängen an diesen. Sie sind eingebettet in den regionalen Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff, sowie den material­wissen­schaftlichen For­schungs­schwerpunkt des Campus Koblenz.

Warum Oberflächen?

Im Jahr 2007 erhielt Ger­hard Ertl den Nobel­preis für Chemie für seine Studien von chemischen Verfahren auf festen Ober­flächen. Mit dieser Grafik wur­de damals die Wich­tig­keit von Ober­flä­chen­vorgängen zu­sam­mengefasst.

Illustration: ©Typoform and The Royal Swedish Academy of Sciences 

Wenn etwas eine Funktion hat, dann haben oft Ober­flächen­vorgänge etwas damit zu tun. Dies sind beispielsweise die Katalyse zur Produktion (rechts) und zur Ent­sor­gung (links) und die Halbleiter­pro­duk­tion (halb rechts).

Leider sind Ober­flächen auch daran beteiligt, wenn etwas kaputt geht, bei­spiels­weise die Ozonschicht (halb links) oder durch Korrosion (mittig).

Oberflächenvorgänge sind von extremer Wichtigkeit, aber immer noch wenig ver­standen. Der materialwissenschaftliche Schwerpunkt des Campus Koblenz und der Innovationscluster Metall & Keramik gehen viele dieser Fragen an.

Jede Oberfläche ist etwas besonderes, denn sie trennt das Innen vom Außen und ver­bindet diese beiden Bereiche miteinander. Für die gezielte Untersuchung von Ober­flächen und deren speziellen Aufbauvorgängen – z.B. Beschichtung - und Ab­bau­vorgängen – z.B. Korrosion - ist es nötig die Umgebung zu kontrollieren. Am ein­fach­sten ist dies, indem man sie entfernt, also ein Vakuum erzeugt.

Um diese Aufgabe etwas anschaulicher zu machen: Ein Würfel mit der Kanten­länge ein Zentimeter hat ein Volumen von einem Milliliter. Ist dieser mit Luft gefüllt, be­fin­den sich in diesem mehr als zehn Milliarden Milliarden Teilchen (10¹⁹). Die Ober­fläche einer Wandfläche des Würfels (ein Quadratzentimeter ist eine typische Pro­ben­größe) besitzt nur etwa eine Million Milliarden Teil­chen (10¹⁵). Die Um­gebung ist also in der „Überzahl“ und bestimmt somit das Verhalten des Systems. Pumpt man nun solange die „Luft“ aus dem Würfel, bis das Ultra­hoch­vakuum er­reicht ist, befinden sich nur noch etwa eine Million Teilchen (10⁶) im Würfel, die Teilchen an der Oberfläche sind nun deutlich in der „Überzahl“ – eine Analyse der Ober­fläche ist nun möglich.

Näheres zu Experimenten und Forschungsergebnissen finden Sie vorerst noch hier: http://www.ep3.uni-bayreuth.de/