p O resultado de uma análise de superfície tridimensional ToF-SIMS- / SFM combinada de uma mistura de polímero PCBM / CyI usada pelo Laboratório de Polímeros Funcionais da Empa para produzir células solares orgânicas.
p O NanoChemiscope 3D é um milagre da tecnologia de análise de última geração. Como um desenvolvimento adicional de métodos microscópicos e espectroscópicos de massa bem conhecidos, ele mapeia as superfícies físicas e químicas dos materiais até o nível atômico. Este instrumento, que é único no mundo, não apenas oferece imagens de alta definição; também sabe o que está "vendo". p O que um pinguim e a superfície de uma célula solar têm em comum? Poucas coisas admitem a física da Empa, Laetitia Bernard. No entanto, ela deve ter sorrido quando, durante o processamento de uma imagem de uma mistura de polímero necessária para produzir um novo tipo de célula solar orgânica, a certa altura, ela conseguiu distinguir cada vez mais claramente o contorno de um pinguim. Um pequeno detalhe no complexo mundo da microscopia de alto desempenho.
p O NanoChemiscope 3D, que foi desenvolvido na Empa, não apenas mapeia amostras com precisão nanométrica, mas, pela primeira vez, também pode fornecer informações precisas sobre quais elementos químicos estão dispostos em uma amostra. Isso permite ambas as propriedades mecânicas, como dureza, elasticidade ou fricção, e propriedades químicas de superfícies a serem determinadas simultaneamente em três dimensões. No caso da imagem do "pinguim", isso significa que o NanoChemiscope 3D não captura apenas o contorno do "pinguim", mas também detecta quais polímeros estão localizados em seu "bico", em seu "olho" e "ao redor" dele. Usando esta técnica de análise, os pesquisadores de células solares são capazes de controlar com eficiência os mecanismos de seus materiais e adaptar a composição ou concentração de sua mistura de polímero de acordo. Isso permite novas estruturas e, portanto, leva a um melhor desempenho da célula solar a ser criada.
p Algumas das muitas imagens individuais a partir das quais o NanoChemiscope 3D gerou a visualização 3D. O SFM faz a varredura da topografia da superfície (a imagem à esquerda mostra uma seção de 12 µm x 12 µm de tamanho. As diferenças de altura visíveis na imagem medem 100-200 nm). Com o TOF-SIMS, é possível identificar onde os diferentes materiais ou polímeros na mistura de polímero estão localizados na superfície (As imagens do meio e da direita mostram os íons C- + C2- e CN- + I-).
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Microscópio de força de varredura e espectrômetro de massa de última geração
p Esta análise é possível graças ao NanoChemiscope 3D, que combina duas técnicas anteriormente independentes. O microscópio de força de varredura (SFM) varre a superfície com uma ponta ultrafina, enquanto o espectrômetro de massa de íons secundários de tempo de voo (ToF-SIMS) determina a composição do material da primeira camada única de superfície "atirando" íons metálicos nela.
p Até agora, a fim de estudar as propriedades químicas e físicas das superfícies, foi necessário analisar a amostra em dois instrumentos diferentes. Contudo, ao transportar a amostra de um instrumento para outro, sempre havia o perigo de contaminação ou oxidação. Além disso, era praticamente impossível encontrar a localização exata digitalizada pelo SFM novamente. O que, Portanto, poderia ser mais apropriado do que "combinar" os dois instrumentos? Em um projeto de quatro anos patrocinado pela UE, Laetitia Bernard, líder do projeto, junto com pesquisadores da Empa e parceiros da academia e da indústria, realizou um trabalho meticuloso para desenvolver um novo instrumento no qual um SFM e um ToF-SIMS são colocados em uma câmara de ultra-alto vácuo o mais próximo possível um do outro.
p Os especialistas em microscópio também equiparam o NanoChemiscope 3D com um novo sistema de transporte desenvolvido internamente, que usa piezomotores para mover a amostra suavemente para frente e para trás em trilhas revestidas com uma camada de carbono semelhante a diamante (DLC). O suporte de amostra pode se mover ao longo de cinco eixos, permitindo que o local sob investigação seja analisado de qualquer ângulo.
p Após sua construção, o protótipo - um monstro feito de alumínio reluzente de 1 metro de comprimento, 70 centímetros de largura e 1,7 metros de altura - está em operação no parceiro de projeto ION-TOF GmbH em Münster, Alemanha, onde está sendo usado por clientes industriais e parceiros de pesquisa. A construção de mais instrumentos está planejada, os clientes demonstraram grande interesse e se dispuseram a pagar somas superiores a um milhão de francos suíços.
