15. Januar 2021

Quantifizierung der Bindungszustände in tribologisch belasteten Kohlenstoffmaterialien

© Carbon

Martin Dienwiebel

Viele moderne tribologische Anwendungen verwenden Kohlenstoffschichten, wie etwa DLC- und Diamant für reibarme und verschleißfeste Reibflächen. Die gewünschten Eigenschaften (Härte, Reibung, Verschleiß usw.) solcher Schichten hängen stark von dem Verhältnis von sp2- und sp3-Bindungen in der Schicht ab. Im oberflächennahen Bereich kann sich dieses Bindungsverhältnis zudem während des tribologischen Einlaufs verändern. Daher ist eine quantitative und oberflächenempfindliche analytische Methode zur Bestimmung des Bindungsverhältnisses für das Verständnis von kohlenstoffbasierten Triboschichten essentiell. In der Literatur existieren eine Vielzahl von Methoden wie etwa die Raman-Spektroskopie, die mehr oder weniger aufwändig sind. Dabei beruht die Quantifizierung der sp2-Anteile bei manchen Methoden wiederum auf Messungen mit anderen Methoden. Diese Kette von Abhängigkeiten einzelner Methoden und Auswertealgorithmen kann daher zu deutlichen Unterschieden in der Quantifizierung der sp2-Anteile führen.

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In einem gemeinsamen Projekt des Karlsruher Instituts für Technologie, der University of Texas, dem National Lawrence Berkeley Laboratory und des MikroTribologie Centrums wurden zwei oberflächensensitive Methoden, die Methode der Elektronen-Energie-Verlustspektroskopie (EELS) mit Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie (NEXAFS) an einer Probe verglichen. Letztere Methode, welche an einem Elektronensynchrotron durchgeführt werden muss, erlaubt auch die Messung in Transmission und Reflektion. Bei dem Vergleich der Methoden zeigt sich, dass eine sehr sorgfältige Auswertung der beiden Methoden zu vergleichbaren Ergebnissen führt. Außerdem wird der Einfluss der Probenpräparation einer elektronentransparenten EELS-Probe sichtbar.

Die Ergebnisse wurden nun in der Zeitschrift Carbon publiziert.

 

Publikation:

Mangolini, F.; Li, Z.; Marcus, M. A.; Schneider, R.; Dienwiebel, M., Quantification of the carbon bonding state in amorphous carbon materials: A comparison between EELS and NEXAFS measurements, Carbon 173 (2021) 557-564 Link

 

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