Plattform för yt- och gränssnittsanalyser

När ett material analyseras räcker det sällan med information från en enda plats för att förstå en hel process. I Kista har RISE en toppmodern samling av utrustning för att utföra spatialt upplöst vibrationsspektroskopi på makro-, mikro- och nanoskala, samt celler för att följa tidsupplösta ytreaktioner.

Syfte

Beroende på storleksskala, position och tidpunkt för mätningen kan material och ytor uppvisa olika egenskaper. Korrosionsprodukter på en metallyta kan bildas homogent över hela ytan eller spridas från initieringspunkter. Nedbrytningsreaktioner i skyddande beläggningar kan initieras vid ytan och långsamt fortskrida in i beläggningen. Fel kan också uppstå under beläggningen utan några märkbara förändringar på ytan. Dessa är exempel på komplexa beteenden som lätt kan missförstås eller helt missas om inte rätt typ av analys utförs. Målet med RISE plattform för yt- och gränssnittsanalyser är att hjälpa kunder och partners att få en djupare förståelse för komplexa processer och utifrån denna förståelse ge förslag på hur vi kan lösa problem och förbättra deras verksamhet i stort.

Metod

Infraröd spektroskopi och kemisk analys kan utföras i olika storleksskalor:

Utan spatial upplösning. Detta inkluderar Attenuated total reflection FTIR-ATR, transmission (genom både fasta och flytande prov), photoacoustic spectroscopy (PAS), samt reflektion, till exempel infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS). Dessa mätmetoder kan också utföras med tidsupplösning för att följa reaktioner in situ.
På mikroskala. FTIR-mikroskopet i Kista kan utföra hyperspektral imagning och kan parallellt samla in upp till 4096 spektra med en upplösning upp till ett fåtal µm.
På nanoskala. Med möjligheten att utföra IR spectroskopi eller kemisk bildupptagning med spatial upplösning ner till 10 nm.

Utöver infraröd spektroskopi så kan komplementär Scanning Kelvin probe (SKPFM) och topografisk analys genomföras.

Instrumenten som är en del av plattformen är:

Vertex 70 spektrometer men ett stort urval av asessoarer och celler.
Hyperion 3000 med både MCT och FPA detektorer.
NanoIR3, med möjlighet att utföra AFM-IR och topografiska mätningar med möjlighet att kontrollera relativ luftfuktighet, samt SKPFM

Leverabler

Leverabler anpassas till kundens behov och kan inkludera rapporter, muntliga presentationer, och rådata.

Exempel på resultat

Relative chemical degradation across coating cross sections, before and after exposure to a damaging environment.

En applikation av FTIR-Focal plane array (FPA) spektroskopisk avbildning med spatial upplösning är att jämföra nedbrytningen som skett i olika punkter i ett tvärsnitt av ett färglager. Bilden till vänster visar hur innan färgen utsätts för skadlig ultraviolett strålning så är den relativt kemiskt homogen. Efter exponeringen så är delen närmast ytan betydligt mer nedbruten än den färg som finns längre ner i tvärsnittet.

AFM-IR mätningar kan till exempel användas för att hitta, eller jämföra prevalens och storlek av olika kemiska faser över en yta med mycket hög spatial upplösning. Bilden till höger illustrerar hur svavelhaltiga föreningar har bildats i form av klumpar på en metallisk yta efter att den utsatts för en aggressiv miljö.