Oberflächenmorphologie

Oberflächenmorphologie bezeichnet die Oberflächenstruktur eines Materials auf der Mikro- bis Nanoebene, einschließlich Topografie, Textur und Rauheit. Sie erfasst Merkmale wie Rauheit, Abtrag- oder Aufbaueffekte, Terrassen, Kristallfacetten und Defekte sowie deren räumliche Verteilung. Die Morphologie beeinflusst zentrale Eigenschaften der Oberfläche, darunter Haftung, Reibung, Verschleiß, Benetzung sowie optische und katalytische Eigenschaften.

Zur Charakterisierung werden bildgebende und profilometrische Verfahren eingesetzt. Typische Methoden sind Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) für dreidimensionale Oberflächenstrukturen, sowie Profilometrie (Kontakt- oder Nichtkontakt) und optische Profilometrie. Ergebnisse werden oft durch Kenngrößen wie Ra, Rq oder Rz beschrieben; darüber hinaus ermöglichen Power-Spectral-Density-Analysen und Fraktalindices eine Beschreibung der Oberflächentextur. Die Bestimmung folgt internationalen Normen, etwa ISO 4287 für Kontakt-Rauheit und ISO 25178 für räumliche Rauheit.

Entstehung und Auswirkungen: Oberflächenmorphologie entsteht durch Fertigungsprozesse wie Polieren, Schleifen, Ätzen oder Dünnschichtabscheidung und durch physikalische oder chemische Umweltprozesse wie Korrosion, Oxidation oder Verschleiß. Die Morphologie beeinflusst Adhäsion, Tribologie, Benetzbarkeit, Lichtstreuung und Katalyseleistung.

Anwendungsbeispiele: In der Halbleitertechnik beeinflusst die Planarität die Funktionalität von Bauelementen; in der Biomedizin bestimmt die Oberflächenmorphologie die Gewebebindung; in der Katalyse die Verteilung aktiver Oberflächenstellen; in der Optik die Streuung und Reflexion. Ziel der Oberflächenmorphologie ist es, Struktur und Eigenschaften in Beziehung zu setzen und Oberflächen gezielt zu gestalten.