Wechselwirkung von Elektronen und Molekülen mit einzelnen SiO2-Nanopartikeln: Massenanalyse in einer Vierpolfalle

In dieser Dissertation wird eine neue Methode vorgestellt, welche die Untersuchung der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen mit Oberflächen mit Ausdehnungen <10^-8 cm^2 gestattet. Die hochauflösende Massenspektrometrie an Nanopartikeln wird mit laserinduzierter thermischer Desorption kombiniert. Zur kontrollierten Variation der Temperatur der unter UHV-Bedingungen gespeicherten Siliziumdioxidpartikel wird ein IR-Laser verwendet. Die im Rahmen dieser Arbeit aufgebaute Apparatur beinhaltet die Kombination des IR-Lasers mit dem elektrodynamischen Partikelspeicher als auch den Aufbau eines externen optischen Streulichtnachweises mit einem Ar^+-Laser. Unter Berücksichtigung wirksamer Kühlmechanismen wird ein Zusammenhang zwischen Teilchentemperatur und erforderlicher IR-Bestrahlungsintensität hergestellt. Ein kinetisches Modell verknüpft die im Experiment als Funktion der Zeit gemessene Partikelmasse mit den grundlegenden physikalischen Größen zur Beschreibung von Adsorptions- und Desorptionsprozessen. Die vorgestellte neue experimentelle Methode wird exemplarisch anhand von Messungen wie zyklische Adsorptions- und Desorptionsmessungen bei Partialdrücken adsorbierender Moleküle von 10^-10-10^-11 mbar, Physisorption von Wasser und Charakterisierung der Oberfläche gespeicherter Partikel mittels thermischer Desorption bei Temperaturen bis 560 K demonstriert. Ein weiteres Beispiel beschreibt die Bestimmung der Aktivierungsenergie für die Desorption von Fullerenmolekülen, mit denen die Partikeloberfläche zuvor durch Bedampfung präpariert wurde. Die Bedampfung wird als zeitaufgelöster Adsorptionsvorgang gemessen. Abschließend wird die Entladung der Partikel beschrieben, die bei Temperaturen >550 K beobachtet wird. Die Entladung zeigt ein Schwellenverhalten und hängt offenbar von der Ladung der Partikel ab. Verschiedene Erklärungsmöglichkeiten werden diskutiert