Unter Kohlenstoffbeschichtung versteht man das Aufbringen einer Schutzschicht aus Kohlenstoff auf eine Oberfläche. Sie wird üblicherweise als Schutzschicht für Lacke auf verschiedenen Transportmitteln und Maschinen, wie Booten und Flugzeugen, verwendet. Die Kohlenstoffbeschichtung bietet einen hervorragenden Schutz vor Beschädigungen und minimiert den Wartungsbedarf.
In der Elektronenmikroskopie werden Kohlenstofffilme und -beschichtungen aufgrund ihrer geringen Beeinträchtigung der Bildgebung und ihrer starken elektrischen Eigenschaften häufig verwendet. Dünne Kohlenstofffilme, typischerweise um 5 nm oder 50 Angström, werden in der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) verwendet, während dickere Filme von etwa 50 nm in der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) für Aktivitäten wie die Röntgenmikroanalyse eingesetzt werden.
Kohlenstoffbeschichtungen im REM sind amorph und sehr vorteilhaft, da sie Aufladungsmechanismen verhindern, die die Materialoberflächen beschädigen können. Sie erleichtern auch die effiziente Abbildung biologischer Proben. Dies macht Kohlenstoffbeschichtungen besonders nützlich für die Vorbereitung nicht leitender Proben für die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS).
Die Qualität und Wirksamkeit von Kohlenstoffbeschichtungen kann durch die verwendeten Beschichtungsverfahren beeinflusst werden. Unterschiedliche Beschichtungsmethoden können zu unterschiedlichen Mikrostrukturen der Beschichtung führen, die sich auf die Diffusion von Li-Ionen durch die Beschichtung und die Oberflächenstruktur der Kathode auswirken. Nass-chemische Verfahren und Trockenbeschichtungen sind zwei Kategorien von Kohlenstoffbeschichtungsmethoden, die untersucht wurden.
Kohlenstoffbeschichtungen bieten bei elektronenmikroskopischen Anwendungen Vorteile gegenüber metallischen Beschichtungen wie Wolfram und Gold. Kohlenstoffbeschichtungen sind amorph und leitfähig, was sie für Elektronen transparent macht. Diese Transparenz ist wertvoll für die Analyse nicht leitender Proben mit Hilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS). Andererseits können metallische Beschichtungen die Analyse stören und die durch Elektronenrückstreuung (EBSD) gewonnenen Kornstrukturinformationen verändern.
Die Kohlenstoffbeschichtung kann durch thermische Verdampfung von Kohlenstoff im Vakuum erreicht werden. Zwei gängige Techniken für die thermische Verdampfung sind die Verwendung von Kohlenstofffasern oder eines Kohlenstoffstabs. Bei der Kohlenstofffasermethode lässt sich die Beschichtungsdicke durch Anpassung der Pulsfrequenz und Pulsdauer besser steuern, so dass sie sich für TEM-Gitteranwendungen und analytische REM-Techniken wie EDS und EBSD eignet. Beschichtungen mit Kohlenstoffstäben, die unter Vakuumbedingungen mit Rampenspannung hergestellt werden, liefern hochwertige und dauerhafte Beschichtungen.
Sputter-Coater werden in REM-Labors häufig zum Aufbringen von Kohlenstoffschichten verwendet. Einfache Sputter-Coater arbeiten mit Niedrigvakuum und atmosphärischer Luft, um dünne Schichten von 10-20 nm aufzutragen, die die Bildgebung bei niedrigeren REM-Vergrößerungen nicht beeinträchtigen. Die Kohlenstoffbeschichtung durch Sputtern oder Aufdampfen ist dem Sputtern mit metallischen Werkstoffen vorzuziehen, wenn es darum geht, eine Vermischung von Informationen aus der Beschichtung und der Probe zu vermeiden.
Insgesamt spielt die Kohlenstoffbeschichtung eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung von Schutzschichten für verschiedene Oberflächen und ermöglicht eine effektive elektronenmikroskopische Analyse.
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