Labore

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Stempelzylinderpresse _4 _diashow

Optiklabor _13 _diashow

Multi-anvil _2 _diashow

Laser Dünnschichtlabor _5 _diashow

Hp Labor _23 _diashow

Gasmischöfen _4 _diashow



Dünnschichtlabor  Hochdrucklabore  Hochtemperaturlabore  Optiklabor  Probenpräparation  Chemielabor  Zentrale Einrichtungen

Dünnschichtlabor


Früher war es nicht möglich, dünne Schichten aus komplexen refraktären Materialien wie Silikaten und Oxiden herzustellen. Die Fortschritte im Verfahren der Pulsed Laser Deposition mit Hilfe eines Excimer Lasers haben es nun ermöglicht, solche Schichten zu produzieren, wodurch nun eine Vielfalt von Diffusionsexperimenten und auch anderen kinetischen Studien ermöglicht werden. Ein Labor für die Produktion solcher Schichten befindet sich im Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik an der Ruhr-Universität in Bochum. Es ist weltweit das einzige seiner Art, das auf die Herstellung dünner Schichten für mineralogische Anwendungen spezialisiert ist.

Wesentlicher Bestandteil dieser Ausstattung ist ein Excimer-Laser, der bei drei Wellenlängen operiert werden kann (ArF - 193, KrF - 248 und XeF - 351 nm). Die hohe Energiedichte dieses Lasers (Pulsenergien von 650 bis 1200 mJ bei einer maximalen Wattzahl von 50 und einer Frequenz von 50 Hz) ermöglicht es, auch sehr refraktäre Minerale stöchiometrisch in ein Plasma umzuwandeln.
In das Plasma wird ein zweites Mineral (Substrat) gehalten, woraufhin sich das Material des Targets auf der polierten/gespaltenen Oberfläche des Substrates ablagert. Die hohe kinetische Energie der Ionen sorgt für eine enge Bindung zwischen der abgelagerten Schicht und dem Substrat, wodurch sogar bei gleichzeitigem Tempern des Substrates epitaktisch gewachsene Schichten erzeugt werden können.



Das Paar Dünnschicht und Substrat eignet sich somit hervorragend als Material für Diffusions- und weitere kinetische Studien oder mechanische Tests.

Zwei von vielen Vorteilen sind die Schnelligkeit und die Vielseitigkeit dieser Methode, wodurch ein weites Feld der Chemie behandelt werden kann. Bislang wurden Dünnschichten von bspw. Olivinen, Granaten, Pyroxenen, Feldspäten, Perovskiten und verschiedenen Oxiden von komplexer Zusammensetzung produziert, ähnlich derer die man in der Natur wiederfindet. Außerdem wurden Schichten wasserhaltiger Materialien (z.B. Glimmer oder wasserhaltige Gläser) hergestellt. Die produzierte Fläche beträgt in der Regel etwa 4x4 mm.



Weitere Informationen in:

Dohmen, R., Becker, H.-W., Meißner, E., Etzel, T., and Chakraborty, S. (2002) Production of silicate thin films using pulsed laser deposition (PLD) and applications to studies in mineral kinetics, Eur. J. Mineral., vol. 14, pp. 1155-1168.

Weitere Publikationen bezüglich des Excimer-Lasers:

Coming soon

Raum-Nr.: IA 02 80/164
Telefon:    +49 (0) 234 32 24394
Kontakt:   Ralf Dohmen



Hochdrucklabore


Das gut ausgestattete Hochdrucklabor des Bereichs für Petrologie des Instituts für Geologie, Mineralogie und Geophysik besteht aus drei Einheiten:

1. Stempelzylinderpressen


Zwei Stempel-Zylinder Pressen verschiedener Größen bilden dieses Labor. Die hohen Drücke zwischen zwei Stempeln werden durch speziell entworfene Hochdruckzellen erzeugt. Dabei können Drücke von bis zu 50 Kbar (~ 5 GPa) und Temperaturen von bis zu 1600 °C erreicht werden.

Alle Pressen sind mit automatischen Druck- und Temperaturreglern ausgerüstet, sodass lange Versuchszeiten bei konstanten Bedingungen ohne manuelles Eingreifen gewährleistet sind. Eine der Pressen besitzt zusätzlich die Möglichkeit, die Stempelbewegung aufzuzeigen, wodurch Kompressibilitätsmessungen bei hohen Drücken durchgeführt werden können. Es können bis zu 200 mg Probenmaterial verwendet werden, bei höheren Drücken kleinere Mengen von etwa 10 mg.





2. Multi-Anvil-Presse

Die Multianvil-Presse ist ein weiteres Hochdruckgerät, mit dem höhere Drücke (bis zu 120 kbar, ~ 12 GPa) und Temperaturen (bis zu 1600 °C) durch ein festes Medium erreicht werden können. Sowohl die Druckerzeugung als auch die Dekomprimierung erfolgen in diesem Gerät computergesteuert. Das Probenvolumen ist noch kleiner als in der Stempelzylinderpresse - Die Faustregel besagt, dass bei höherem Druck das Probenvolumen kleiner wird.






Hochtemperaturlabore


Der Bereich Petrology des Instituts für Geologie, Mineralogie & Geophysik verfügt über diverse Hochtemperaturöfen mit denen Experimente bei Temperaturen bis zu 1800° C durchgeführt werden können.
Vorhandene Möglichkeiten:

Gasmischöfen

In diesen Öfen wird ein Gemisch aus CO2 und CO verwendet, um den Oxidationszustand der umgebenden Atmosphäre zu steuern. Dies ist wichtig für die Durchführung von Experimenten unter reduzierenden Bedingungen, wie sie im Inneren der Erde und auf anderen planetarischen Objekten (z. B. dem Mond, Asteroiden) zu finden sind. Eine Variation der Oxidationszustände kann auch zur Steuerung der Konzentration von Defekten in Kristallen verwendet werden, was wichtig ist, um kinetische Eigenschaften zu untersuchen und zu verstehen.





Optiklabor


Optische Eigenschaften

Die optischen Eigenschaften von Festkörpern (Minerale und synthetische Kristalle) sind besonders empfindliche, physikalische Parameter mit deren Hilfe sowohl petrologische und kristallographische als auch technische Probleme entschlüsselt werden können.


Unterschiedliche Arten von Hochpräzisionsmessungen können in unserer Fakultät durchgeführt werden:



Interferenzmikroskop

Das Labor besitzt ein Weißlicht-Intferenzmikroskop, mit dem die Topographie von Kristalloberflächen mit einer Auflösung von Nanometern gemessen werden kann. Dies ist nützlich für Untersuchungen von Proben, die bei Diffusions-, Auflösungs- oder anderen kinetischen Untersuchungen verwendet werden. Es wird auch zur Bestimmung der Größe von tiefen Kratern verwendet, die bei der Tiefenprofilerstellung in SIMS-Instrumenten entstehen. Dies ist ein wesentlicher Schritt für die Messung von Konzentrationsprofilen mithilfe der Tiefenprofilierungstechnik in SIMS- oder LAB-ICP-MS-Instrumenten.





Methode der minimalen Abweichung zur Bestimmung der optischen Dispersion: Diese klassische Methode zur Bestimmung der Dispersion der Brechungsindizes erfordert normalerweise große Proben, die nicht immer für alle Materialien verfügbar sind. Die Entwicklung einer ausgeklügelten Technik in unserer Abteilung ermöglicht die Herstellung von Prismen aus winzigen Kristallen. In einigen Fällen konnte die optische Dispersion in Proben von nur 500 µm Größe gemessen werden.



Publikationen bezüglich optischer Methoden:

Coming soon

Raum-Nr.: IB 02 82/164
Telefon:    +49 (0) 234 32 24123
Kontakt:    Ralf Dohmen



Probenpräparation


Wir verfügen über mehrere Geräte zur Probenaufbereitung vor und nach Experimenten. Dazu gehören grundlegende Schneid-, Schleif- und Poliergeräte sowie eine Präzisionsdrehmaschine, die hauptsächlich zur Vorbereitung von Druckzellenteilen für Hochdruckversuche eingesetzt wird.



Diamantsäge zum Schneiden kleiner Proben



Zahnarztgeräte für die Verarbeitung kleiner Teile



Poliergerät



Chemielabor


Es ist möglich, den Gesamtchemismus aller anorganischen Festkörpern, wie z. B. Gesteinen, Erzen, Böden, Zement, Gläsern, Metallen, Legierungen und technischen Produkten, zu bestimmen. Besondere Anforderungen für Proben sind unten aufgeführt. Von Flüssigkeiten können nur die anorganischen Teile bestimmt werden.


Achtung: Die Methoden sind nicht zerstörungsfrei!



Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) - VARIAN AA 300

Nachweisbare Elemente: alle Elemente mit Z > 3 (Lithium). Anforderungen: die Probe muss in einem anorganischem Lösungsmittel lösbar sein; das Gewicht der Proben muß 1 mg überschreiten (die Probenmenge ist Abhängig von der Anzahl der zu analysierenden Elemente). Coulometrische Analyse von Kohlenstoff, Kohlendioxid, Schwefel, and H2O (in Mineralen als Hydroxylgruppen oder als H2O, Feuchtigkeit). Anforderungen: Das Gewicht der Probe sollte 10 mg/Analyse (abhängig vom Inhalt) überschreiten.



Potentiometrische Bestimmung von Fluor und Fe2+: Anforderungen: das Gewicht sollte 50 mg/Analyse (abhängig vom Inhalt) überschreiten. Bestimmung von Glühverlusten (l.o.i.).


Nutzerordnung des Chemielabors


Raum-Nr.: IA 01 95/153
Telefon:    +49 (0) 234 32 24391
Kontakt:    Thomas Fockenberg




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