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Brewsterwinkelmikroskopie

Apparatur: Accurion nanofilm_ultrabam

  • Laterale Auflösung: > 2 µm
  • Field of view: 800 x 430 µm
  • Kamerasystem: CCD (1360 x 1024)
  • Lichtquelle: Laser, Laserklasse 3B, Max Leistung: 50 mW, Wellenlänge: 658 nm
  • Winkelbereich: 52°-57° (θB,Wasser: 53.06°)
Bild entnommen von http://www.accurion.com/thin-film-characterization-imaging-ellipsometry/nanofilm_ultrabam
Bild entnommen von http://www.accurion.com/thin-film-characterization-imaging-ellipsometry/nanofilm_ultrabam

Grundlagen und Anwendungen der Brewsterwinkel Mikroskopie

Schematische Darstellung der Reflektion eines p-polarisierten Lichts an der Wasser/Luft Grenzfläche bzw. mit dünnen Polymerfilm.
Schematische Darstellung der Reflektion eines p-polarisierten Lichts an der Wasser/Luft Grenzfläche bzw. mit dünnen Polymerfilm.

Mit Oberflächen, die Licht reflektieren, werden wir im Alltag täglich konfrontiert. Ein besonderes Phänomen bei der Reflexion von Licht ist, dass es, unter gewissen Voraussetzungen, bei einfallendem Licht zu (absolut) keiner Reflexion (R = 0%) an einer glatten und sauberen Oberfläche kommt. Genauer gesagt erhält man keine Reflexion von einfallendem p-polarisiertem Licht wenn es unter dem Brewsterwinkel auf die glatte saubere Oberfläche trifft. Dieser Zusammenhang wurde schon 1815 durch Sir David Brewster mit seinem Brewstergesetz beschrieben und ist Grundlage dieser Mikroskopiemethode, die vor 24 Jahren entwickelt wurde: Die Brewsterwinkel Mikroskopie. Wichtig ist dabei, dass das einfallende p-polarisierte Licht unter dem Brewsterwinkel θB, der durch die Brechungsindizes der Medien über

tan θB=n2/n0

definiert ist. Mit dem Brewsterwinkel Mikroskop können dünne Polymerfilme direkt auf der Wasserfläche untersucht werden. Der gesamte p-polarisierte Anteil der Reflektivität lässt sich auf den Brechungsindex der Polymerschicht zurückführen. Dabei sind im Wesentlichen die optischen Eigenschaften des Films wichtig, da anhand dieser Rückschlüsse auf die makroskopische Struktur (µm-Skala) gezogen werden können. Das Signal lässt sich über die CCD-Kamera als Video aufnehmen und im Nachhinein auswerten.

Brewster Winkel Mikroskop Aufnahme von Stearinsäure im LE Regime (Π ca. 20mN/m)
Brewster Winkel Mikroskop Aufnahme von Stearinsäure im LE Regime (Π ca. 20mN/m)

Anwendungen dieser Messtechnik sind in situ Beobachtungen von kondensierten 2D Phasendomänen, morphologische Veränderungen eines Monolayers während der Kompression/Dekompression und die Beobachtung von 2D-Strukturen. Dabei kombinieren wir das Mikroskop mit der Langmuir-Technik, um gleichzeitig zusätzliche Informationen über die Monolayer zu erhalten. Ein schönes Bespiel zeigt sich in Brewsterwinkel Aufnahmen an Stearinsäure (C18H36O2). Man kann deutlich unterschiedliche makroskopische Domänen erkennen, die mit der molekularen Neigung der Carbonsäure auf der Wasseroberfläche erklärt werden kann. Je nach Ausrichtung einer Domäne kann der Brechungsindex dabei stark variieren.

Bei Fragen wenden Sie sich bitte an Herrn .