Was ist Akustomikroskopie?
„Sehen mit Schall“ - Prinzip Fledermaus, der Natur zugehört
Die Fledermaus orientiert sich in ihrer Umwelt mit Hilfe von Ultraschallwellen im Frequenzbereich von 10 bis 120 kHz. Sie sendet kurze Impulse aus und empfängt den an Hindernissen reflektierten Schall. Sie erkennt auf diese Weise Hindernisse in ihrer Flugbahn.
Die Arbeitsweise des Ultraschallmikroskops ist die gleiche wie die der Fledermaus – der Frequenzbereich ist allerdings wesentlich höher. „Hindernisse“ für das Ultraschallmikroskop sind Defekte in Materialien, auch die, die das Auge nicht sieht. Unser „Ohr“, das Ultraschallmikroskop, aber „hört“ diese Defekte und macht sie sichtbar.
Vorteile der Ultraschallmikroskopie
Ultraschallmikroskope ermöglichen die zerstörungsfreie Untersuchung von Änderungen der elastischen Eigenschaften in Materialien aller Art. Neben der klassischen Detektion von Defektstrukturen wie z.B. Mikrorissen, Ablösungen und Einschlüssen, können auch mechanische Eigenschaften wie Härteunterschiede, Elastizitäts- und Dichtevariationen in einer Vielzahl von Werkstoffen untersucht werden. Messung und Charakterisierung von Verbundwerkstoffen mittels Ultraschalluntersuchungen sind ebenfalls möglich.
Die bei der IFA eingesetzten Ultraschallmikroskope arbeiten im Frequenzbereich von 1 MHz bis 2000 MHz und ermöglicht eine differenzierte Betrachtung selbst kleinster Defekte.
Die Größe der abgerasterten Fläche, und damit die Vergrößerung, ist im Bereich von 45 µm bis 300 mm Kantenlänge wählbar. Der kleinsten Kantenlänge von 45 µm entspricht eine 3000-fachen Vergrößerung. An Probenoberflächen erreicht man bei 2 GHz eine Auflösung bis hinunter zu 0,4 µm. Schall dringt auch in opakes (undurchsichtiges) Material!
Dem Einsatzgebiet des Ultraschallmikroskops sind nahezu keine Grenzen gesetzt. Über Materialwissenschaften, der Halbleiter, Elektrotechnik bis hin zu lebenden Objekten aus Biologie und Medizin reichen die Einsatzmöglichkeiten. Ultraschallsignale können bis zu mehreren Zentimeter tief in ein Bauteil eindringen. Die aus dieser Tiefe reflektierten Echosignale werden zeitaufgelöst detektiert und werden als zwei- oder dreidimensionale farbige Darstellung auf dem Monitor sichtbar gemacht. Störungen im Materialinneren sind im akustischen Bild erkennbar.
Die besondere Wirkungsweise der Akustomikroskopie
Die außergewöhnliche Eingenschaft der Akustomikroskopie ist die Möglichkeit Strukturen innerhalb undurchsichtiger Materialien zu untersuchen, ohne die Probe dabei zu zerstören. Der Kontrast der Bilder entsteht durch Imhomogenitäten innerhalb des Materials. Dieser Effekt kann sowohl durch Konzentrations- oder Materialschwankungen hervorgerufen werden.
So können Materialdefekte wie Mikrorisse, Einschlüsse, Gaseinschlüsse und Delaminationen, ähnlich wie im Lichtmikroskop, bildhaft dargestellt werden.