IR-Materialanalytik

Die infrarot-optische Messung der Reflexionseigenschaften von Oberflächen erlaubt Rückschlüsse auf die Dicke unsichtbarer Nano-Beschichtungen oder auf deren chemische Zusammensetzung. Dabei wird ausgenutzt, dass Licht im mittleren und langwelligen Infrarotbereich (ca. 3 – 15 µm) Atome in ihrem Molekül- oder Gitterverbund zum Schwingen anregen kann. Diese Schwingungen treten je nach Material bei spezifischen Wellenlängen auf und lassen quantitative Rückschlüsse auf Schichtdicken und auf die Materialzusammensetzung zu – man spricht von einem infraroten Fingerabdruck. Das funktioniert selbst bei transparenten Bauteilen.

Spezifische Reflexionseigenschaften messen und zur Prozessregelung nutzen

Im Labor ist die Infrarotspektroskopie eine etablierte Analysemethode. Im Produktionsumfeld konnte sie sich bisher nicht großflächig durchsetzen – meist aus wirtschaftlichen Gründen. Seit Kurzem ist jedoch auch ein industrieller Einsatz zu moderaten Kosten möglich – insbesondere in Plasma-Beschichtungsprozessen. Angepasste Beleuchtungen und neuartige Detektoren ermöglichen den Aufbau einer kompakten und robusten Sensorik. Sie erlaubt den Nachweis spezifischer Reflexionseigenschaften. Diese Messdaten werden im Produktionstakt erhoben und können zur Qualitätssicherung beispielsweise von Barrierebeschichtungen, aber auch zur Prozessregelung verwendet werden. Fraunhofer IPM verfügt über langjähriges Know-how zur optimalen Auslegung, Kalibrierung und Integration anwendungsspezifischer Infrarot-Reflektometriesysteme.

Fingerprint-Spektren analysieren

Darüber hinaus kann Fraunhofer IPM Messungen mit verschiedenen – auch inlinefähigen –Spektrometern zur Analyse sogenannter »Fingerprint-Spektren« durchführen. Dabei werden spezifische chemische Bindungen resonant angeregt, was zu einem charakteristischen Infrarorspektrum führt. Dies ermöglicht die Untersuchung der molekularen Zusammensetzung. Auf diese Weise können Polymere und andere Stoffe identifiziert oder hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung und Qualität analysiert werden.

SWIR-Kamerabildgebung im kurzwelligen Infrarotbereich

SWIR-Kameras mit InGaAs-Sensor sind – im Gegensatz zum Auge oder zu gewöhnlichen Kameras  –  im kurzwelligen Infrarotbereich zwischen 900 und 1700 nm sensitiv (SWIR – shortwave infrared). Mit ihnen lassen sich daher Werkstücke und Materialzusammensetzungen untersuchen, die für herkömmliche Kameras keinen Kontrast aufweisen. Außerdem erscheinen manche intransparente Materialien für eine SWIR-Kamera durchsichtig. Diese Infrarot-Transparenz kann genutzt werden, um verdeckte Elemente wie beispielsweise eingegossene Elektronik sichtbar zu machen. Darüber hinaus können Defekte wie Risse oder Einschlüsse im Material erkannt werden.