Die Entwicklung von Hochleistungsmaterialien für eine nachhaltige und ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft erfordert größte Anstrengungen, um bahnbrechende Fortschritte in verschiedenen Technologiebereichen, wie z. B. Hochtemperatur-Brennstoffzellen, Elektrokatalyse, elektrochemische Energiespeicher, Hochleistungshalbleiter, Nanostrukturierung, hochfeste und hochtemperaturbeständige Bauteile, Sensoren und/oder Beschichtungen zu erzielen. Insbesondere die Oberflächen- und Grenzflächentechnologie ist für den Übergang zu einer nachhaltigen Wirtschaft von größter Bedeutung, da sie eine gezielte Optimierung der wichtigsten Leistungsparameter wie Energieeffizienz, Haltbarkeit und Schutz vor Degradation ermöglicht. Um diese ehrgeizigen Ziele zu erreichen, sind ein umfassendes Verständnis der Hochleistungsmaterialien und ihrer dynamischen Veränderungen unter verschieden kombinierter Last unbedingt notwendig. Aus diesem Grund werden komplementäre Techniken, wie z.B. TEM, AES, XPS, XRD, LIBS, LA-ICP-MS etc. für die Materialanalytik eingesetzt. Sie liefern umfassende und wertvolle Erkenntnisse über Hochleistungswerkstoffe sowie deren Oberflächen- und Grenzflächenprozesse auf verschiedenen Längen- und Nachweisskalen.
Im Bereich der ortsaufgelösten Spurenanalytik wird an der TU Wien seit 2007 ein Time-Of-Flight-Sekundärionen-Massenspektrometer (TOF-SIMS5, IONTOF GmbH) verwendet. Neue Fortschritte in der Geräte- und Materialentwicklung erfordern jedoch (i) eine Implementierung in integrierte Materialanalyse- und Präparationssysteme, (ii) in-situ und operando-Analytik und (iii) neueste Entwicklungen in der TOF-SIMS-Instrumentierung, da verbesserte laterale Auflösung, Nachweisgrenze und Massenauflösung, aber auch molekulare Analyse von Polymeren nur mit maßgeschneiderten und modernen High-End-Geräten möglich sind. Insbesondere im Bereich der Halbleiter, Nanostrukturen und Quantensensoren ist die Kombination von chemischer Information mit quantitativer Topologie notwendig, um "reale" drei-dimensionale (3D) Verteilungen der Elemente und deren Veränderung unter Belastung zu erhalten. Um die Materialwissenschaft voranzutreiben, beabsichtigt die TU Wien daher die Anschaffung eines neuartigen High-End TOF-SIMS-Instruments. Das Gerät wird speziell auf die Materialanalyse für die oben genannten Materialforschungsbereiche zugeschnitten sein. Es wird zusätzlich zu den üblichen Bismut-,Sauerstoff- und Cäsium-Ionenquellen mit einer Gascluster-Ionenquelle und einer fokussierenden Gallium-Ionen-Quelle (Focused Ion-Beam, FIB) ausgestattet sein. Durch die Installation eines Raster-Sonden-Mikroskops (RSM) in Kombination mit einem hochpräzisen Piezotisch wird die gleichzeitige Aufzeichnung der Topologie vor, während und nach der Probenablation möglich. Dies wird höchst präzise und nanoskalig aufgelöste 3D-Rekonstruktionen komplexer Materialien ermöglichen. Darüber hinaus wird das System mit einer neuartigen Hochleistungs-Präparationskammer ausgestattet sein, die die Analyse nanoskaliger Prozesse in Materialien unter Last (d.h. Temperatur, elektrische und mechanische Belastung, korrosive Gase) erlaubt.
Das Instrument wird in das Analytical Instrumentation Center (AIC) der TU Wien integriert, das komplementäre materialanalytische Methoden bereitstellt, d.h. modernste AES- und XPS-Infrastruktur mit drei angeschlossenen Vakuumkammern für elektrochemische Präparation und aktiv gepumpten Vakuumkoffer. Da das TOF-SIMS mit Hilfeder Bi-Quelle exakte Markierungen lokal setzen kann, wird die Analyse identischer Probenpositionen mit verschiedenen Methoden über die gesamte Materialanalyse-Infrastruktur hinweg möglich sein.
