Das Zentrum für Materialcharakterisierung und -herstellung dient Wissenschaft und Industrie – Physics World

Können Sie WATLab, seine Hauptinstrumente und das, was Sie den Benutzern bieten, kurz beschreiben? Die wichtigsten Instrumente und was Sie den Benutzern bieten

WATLab ist eine Multiuser-Messeinrichtung im Fachbereich Chemie der University of Waterloo. Es wurde im Jahr 2000 von Professor Kam Tong Leung gegründet und seine ersten beiden Instrumente waren ein Feldemissionsmikroskop Leo 1530 und ein Röntgenphotoelektronenspektroskopiegerät (XPS) VG EscaLab. Zu den heute am häufigsten genutzten Instrumenten gehören Rasterelektronenmikroskope (REMs), XPS, ein hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop (HRTEM), Elektronen- und Ionenstrahl-Lithographiesysteme (geliefert von Raith), Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) sowie Atomkraftmikroskopie, Röntgenbeugung sowie Raman- und bildgebende Spektroskopie. Wir verfügen auch über speziellere Werkzeuge wie ein Zeiss-Heliumionenmikroskop und ein Thermo VG Auger-Bildmikroskop. Die vollständige Liste finden Sie auf unserer Website. watlabs.com.

Wie interagieren Benutzer mit WATLab? Kommen sie vorbei, um die Geräte zu benutzen, oder schicken sie Ihnen ihre Proben?

Während der COVID-19-Pandemie haben wir auf Remote-Service umgestellt. Mittlerweile sind wir jedoch zu unserem gewohnten Mix aus benutzergesteuerter (hauptsächlich REM) und betreibergestützter Messtechnik zurückgekehrt. Bildung war ein wichtiger Teil des ursprünglichen Auftrags unserer Förderagenturen, und wir bieten kurze Schulungskurse zur sicheren und effektiven Verwendung einiger Tools an. Die meisten Projekte beinhalten auch Diskussionen mit den Benutzern darüber, wie sie ihre Ergebnisse interpretieren und die Einschränkungen der Daten verstehen können. Ein Großteil unserer Finanzierung basiert jedoch auf einem Gebührenmodell, sodass ausführliche Diskussionen und der Benutzerbetrieb unserer komplexeren und teureren Tools einfach nicht kosteneffektiv sind.

Können Sie uns eine Vorstellung von Ihrer Nutzerbasis an der Universität geben – aus welchen Abteilungen kommen die Nutzer?

Die meisten unserer Benutzer sind Studenten und Lehrkräfte der University of Waterloo sowie lokale Technologieunternehmen. Wir unterstützen auch Forscher von Universitäten und jungen Unternehmen aus ganz Kanada und den USA. Die meisten unserer Werkzeuge und Fachkenntnisse beziehen sich auf anorganische Materialien wie Metalle, Keramik und Halbleiter, obwohl wir mehrere Polymer- und Biowissenschaftsprojekte durchgeführt haben. Unsere Nutzerbasis bei Waterloo umfasst Chemie, Physik, Erd- und Umweltwissenschaften. Wir arbeiten auch mit Leuten aus Ingenieursabteilungen zusammen, darunter Maschinenbau, Chemie, Bauwesen und Systemdesign – und führen gelegentlich Projekte mit Leuten aus anderen Universitätsabteilungen durch.

Was sind einige der beliebtesten Dienstleistungen, die Sie anbieten?

Unsere beliebtesten Werkzeuge sind die Feldemissions-Rasterelektronenmikroskope mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (SEM/EDS). In der Nanowissenschaft ist die Möglichkeit, Materialien auf der Längenskala von mehreren zehn Nanometern einfach zu beobachten und zu analysieren, einer der Gründe dafür, dass sich das Gebiet in den letzten Jahren so stark ausgeweitet hat.   

Danach ist das VG-ESCALab XPS-Tool das von unseren Benutzern am meisten reservierte Gerät.  XPS ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Analyse des Valenzzustands verschiedener Verbindungen. Graphit weist beispielsweise Kohlenstoffbindungen mit sp2-Hybridisierung und Diamant-sp3-Hybridisierung auf. Diese unterschiedlichen Bindungsstrukturen können im XPS als Verschiebung des kinetischen Energiepeaks des Kohlenstoffs beobachtet werden. Ein weiterer Vorteil von XPS ist seine extreme Oberflächenempfindlichkeit. XPS untersucht normalerweise nur ein oder zwei Nanometer der Probenoberfläche, ohne dass Störungen durch das darunter liegende Substrat auftreten. Dies ermöglicht eine genaue Analyse von Dünnschichtmaterialien.

Können Sie einige Beispiele für einige bemerkenswerte wissenschaftliche Forschung und industrielle Arbeit nennen, die bei WATLab durchgeführt wurden?

Vor Ort haben wir bei der Fehlerbehebung bei der Herstellung und bei der Sanierung der Umwelt geholfen. Ein Mitglied der Fakultät für Geowissenschaften hatte ein Projekt, bei dem er nach dem Vorhandensein und der Form von Arsen im Boden in der Nähe eines Bergbaustandorts suchte. Wir haben eine große Anzahl von Dünnschnittproben mit dem SEM untersucht, um die stark ausgefällten Arsenmineralien zu finden, und diese mit EDS und XPS ausgewertet, um festzustellen, ob es sich um Arsenverbindungen handelt  waren inert oder umweltaktiv.   

Ein älteres Projekt des in Waterloo ansässigen Unternehmens BlackBerry bestand darin, Materialien in ihrer Lieferkette auf das Vorhandensein von sechswertigem Chrom zu untersuchen, das krebserregend und in der Europäischen Union verboten ist.  Da in Pigmenten üblicherweise verschiedene Wertigkeiten von Chrom verwendet werden und nur sechswertiges Chrom gefährlich ist, wurde das ESCALab verwendet, um den Chrombindungszustand in Materialien zu bestimmen.

Kürzlich entwickelte ein lokales Start-up-Unternehmen ein neues Verfahren zur Herstellung schmelzgeblasener Polymerfasern mit längeren und feineren Fasern für verschiedene Anwendungen, darunter Windeln, Tücher und Filter. Als dann COVID-19 auftauchte, konzentrierte sich das Unternehmen auf die Filteranwendung. Durch dünnere Fasern können kleinere Partikel mit einem geringeren Druckabfall über den Filter entfernt werden, was die Effizienz verbessert. Mithilfe des REM haben wir ihre Fasermaterialien abgebildet, die unter verschiedenen Bedingungen hergestellt wurden, um festzustellen, welche Faktoren optimal waren.

Welchen Karriereweg haben Sie eingeschlagen, um bei WATLab zu arbeiten?

Wie Treesearch mithilfe der Synchrotronwissenschaft die Geheimnisse von Waldmaterialien erforscht

Ich habe einen Bachelor-Abschluss in Physik an der McGill University in Montreal und einen Doktortitel in Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der University of Wisconsin-Madison in den USA. In meinem Doktorarbeitsprojekt habe ich die supraleitenden Eigenschaften von Yttrium-Barium-Kupferoxid-Korngrenzen hergestellt, analysiert und gemessen. Danach arbeitete ich als Postdoc und wissenschaftlicher Mitarbeiter in Kalifornien, bevor ich nach Kanada zurückkehrte. Dadurch erlangte ich Erfahrung mit einer Vielzahl von Werkzeugen und Messtechniken sowie mit Geräten zur Fehlerbehebung.

Was macht Ihnen an Ihrem Job am meisten Spaß?

Das Interessanteste an der Arbeit bei WATLab ist die Vielfalt der unterschiedlichen Projekte, an denen unsere Benutzer arbeiten. Das Untersuchen von Artefakten (oder auch nicht!) in einem neuen Datensatz ist immer eine Herausforderung. Ich habe viel über unsere Tools gelernt und darüber, wie man diese Tools in verschiedenen akademischen Bereichen anwenden kann. Lehren und Kommunizieren mit Benutzern sind weitere wichtige Fähigkeiten, die ich bei WATLab entwickelt habe.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/materials-characterization-and-fabrication-centre-serves-academia-and-industry/