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Optische Nahfeld-Spektroskopie

Zerstörungsfreie Charakterisierung von Polymeren Grenzschichten mittels optischer Nahfeldspektroskopie

Die molekulare Struktur polymerer Grenzschichten lässt sich mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur sehr eingeschränkt zerstörungsfrei untersuchen. Grund hierfür ist zum einen die sehr geringe Schichtdicke der Grenzschicht und die dazu im Verhältnis sehr hohen Bulk-Schichtdicken der Polymermaterialien. Bei inneren Grenzschichten übersteigt die Information aus der Grenzschicht somit kaum die Nachweisgrenze der schwingungsspektroskopischen Methoden. Nicht-lineare optische Methoden ermöglichen eine deutliche Verstärkung molekularer Signale aus der Grenzschicht.

Der Nahfeld-Effekt um metallische Nanopartikel kann genutzt werden, um selektiv die spektrale Information aus der Grenzschicht zu verstärken. In einem metallischen Nanopartikel, wie z.B. Au, Ag, Cu …lassen sich mit Hilfe von Licht die freibeweglichen Elektronen zu Schwingungen anregen. Es entsteht ein sog. optisches Nahfeld, in dem eine verstärkte Wechselwirkung des Lichtes mit dem umgebenden Medium auftritt.

Die etablierten Methoden der Oberflächenverstärkten Infrarotspektroskopie (SEIRA) bzw. Oberflächenverstärkten Ramanspektroskopie (SERS) beruhen auf diesem Effekt.In diesem Forschungsprojekt werden verschiedene Verfahren zur Einbettung der metallischen Nanopartikel in die Grenzschichten untersucht. Ziel ist eine hochsensitive Partikelschicht zu erzeugen, die zwischen den Nanopartikeln zu einer sog. HOT-SPOT-Bildung führt. In den HOT-SPOTS kommt es zu einer zusätzlichen, nichtlinearen Verstärkung der Wechselwirkung der elektromagnetischen Welle mit dem umgebenden Medium. Damit sind erstmalig Einblicke in die molekulare Zusammensetzung der inneren polymeren Grenzschichten zerstörungsfrei möglich. 

 

Abb. Grenzschichtcharakterisierung mittels nichtlinearer optischer Spektroskopie

Partner:

  • Universität Vilnius, Litauen, Institut für Allgemeine Physik und Spektroskopie
  • Technische Universität Dresden, Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus, Klinisches Sensoring und Monitoring