Untersuchung der Mikrostruktur von Werkstoffen mittels dynamischer Rasterkraftmikroskopie im Ultraschallbereich

In der Kraftmikroskopie wird die Ablenkung einer kleinen Blattfeder, die am Ende mit einer Sensorspitze versehen ist, ausgenützt, um hochauflösende Bilder einer Oberfläche zu erzeugen. Dynamische Moden, bei denen die Blattfeder zu Schwingungen angeregt wird, gehören zur normalen Ausrüstung eines kommerziellen Instrumentes. Mit einer Reihe dieser Techniken, wie "Force Modulation Microscopy, Ultrasonic Force Microscopy, Scanning Local Acceleration Microscopy", oder "Pulsed Force Microscopy", können Bilder erzeugt werden, deren Kontrast von der Elastizität der Probe abhängt. Eine quantitative Bestimmung des lokalen E-Moduls ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung. In dieser Arbeit wird eine Technik diskutiert bei der die eigenresonanzen der Blattfeder ausgenützt werden, um eine lokale Steifigkeit des Kontaktes Spitze-Oberfläche zu bestimmen, die wiederum mit dem lokalen E-Modul zusammenhängt. Anwendungen bei vieldomänigen ferroelektrischen Materialien werden beschrieben.

In Atomic Force Microscopy (AFM) deflection of a micro-fabricated elastic beam with a sensor tip at ist end is used to generate high-resolution images of surfaces. Dynamic modes, where the cantilever is vibrated while the sample surface is scanned, belong to the standart equipment of most commercial instruments. With a variety of these techniques, such as Force Modulation Microscopy, Ultrasonic Force Microscopy, Scanning Local Acceleration Microscopy, or Pulsed Force Microscopy, images can be obtained which depend on the elasticity of the sample surface. However, the quantitative determination of Young's modulus of a sample surface with AFM is still a challenge especially when stiff materials such as hard metals or ceramics are encountered. In this presentation, the evaluation of the cantilever vibration spectra at ultrasonic frequencies is discussed in order to discern local elastic data quantitatively. Multi-domain piezoelectric materials and other materials have been examined.