Richard Menold

Freeze-fracturing, a new method for the investigation of dispersions by electron microscopy

Abstract Freeze-fracturing is a method which enables scientists as well as technologists to study the particles of a dispersion in situ by employing electron microscopy. The resulting electron micrographs show the arrangement of the particles in the external phase of the dispersion and provide information on the external and/or internal structure of the particles. Furthermore, the size and shape of the particles can be determined. In this paper, the freeze-fracture technique with all its possibilities and limitations is reviewed. Practical examples demonstrate the wide variety of problems that can be studied. Latest developments are discussed.

Die Exoelektronen-Emission (Kramer-Effekt) von Zinkoxyd

This work was done, to get new informations about the processes leading to the emission of exoelectrons. The emission-glowcurves of single crystals and of pure and doped powders, after stimulation by X-rays, were measured by means of a G.-M.-counter. Maxima were found at 135° C, 192° C and 260° C. Conductivity-glow-curves of single crystals and films, which were also measured, showed no maximum between 20° C and 280° C. The experiments show that the emission of exo-electrons cannot be a consequence of an enrichement of electrons („Maxwell-tail“) in the conduction band set free from metastable states in the forbidden gap of ZnO during the heating of the specimen. Theoretical considerations lead to the same conclusion. Further it could be shown, that the emission-phenomenon cannot be explained by recombination processes in the depletion layer, if our knowledge of the ZnO band model is correct. It is assumed that the emission-maxima are due to centers in the sorption layer.

Zum Einfrieren von Suspensionen für elektronenmikroskopische Untersuchungen

ZusammenfassungBeim Einfrieren von Suspensionen für elektronen-mikroskopische Untersuchungen kann die disperse Phase Ortsverschiebungen erleiden. Dabei können verzweigte Teilchenketten und -bänder entstehen. Es wird nachgewiesen, daß dieser Effekt durch Abscheidung der dispersen Phase an den Kristallitgrenzen der auskristallisierenden äußeren Phase bedingt ist. Grobdisperse Systeme sind für solche Abscheidungen weniger anfällig als feindisperse. Ein hoher Tensidgehalt (z. B. durch Dispergiermittelzusatz) scheint die Abscheidung der dispersen Phase zu begünstigen. Die Gefahr, daß es durch die Abscheidungen zu störenden Artefakten kommt, ist um so geringer, je größer die suspendierten Teilchen sind, je kleiner der Volumenanteil der dispersen Phase ist und je kleiner die beim Einfrieren entstehenden Kristallite sind. Es wird aufgezeigt, unter welchen Bedingungen keine störenden Artefakte auftreten. Beim Einfrieren von Suspensionen mit Wasser als äußerer Phase haben sich u.a. hohe Abkühlgeschwindigkeiten als vorteilhaft erwiesen.SummaryWhen suspensions are frozen for electron-microscopic investigations the dispersed phase may undergo displacements. This may result in the formation of branched particle chains and bands. The authors show that this effect is due to separation of the dispersed phase on the grain boundaries of the dispersing medium while it is crystallizing. Coarse dispersions are less subject to such separations than fine ones. A large content of surface active agents (resulting, for example, from an addition of dispersing agents) seems to favour the separation of the dispersed phase. The risk that the separations will result in the formation of disturbing artifacts is inversely proportional to the size of the suspended particles and proportional to the relative volume of the dispersed phase and to the size of the crystallites formed by freezing. The conditions under which no disturbing artifacts occur are described. When suspensions with water as the dispersing medium are frozen, high rates of cooling, among other things, have proved advantageous.

Zur elektronenmikroskopischen Ermittlung der Teilchenanordnung in Dispersionen mit flüssiger äußerer Phase

Erdgase k6nnen die ErdoberflAche an vieleli Stellen erreicheii. Sie werden zum Beispiel fiber Kohlenoder Erd611agerst~tteli, aber auch in den Ausbil3bereichen tektoniseher Verwerfungen angereichert. An diesen Stellen kann die Methan-Kolizentration bis 3 % betragen. Parallel dazu steigen auch die Kohlendioxid-Gehalte in dieseii B6den h~iifig bis auf das Zehnfache der Normalwerte (0,5--t ,0%) an. Es ist deshalb IIicht auszuschliel3en, dab die permaliente Gaseinwirkung an solchen Stellen auch das Pflanzenwachstum beeinfluB±. Solche Einflfisse waren z.B. bet Mats zu erkenen, der im Bereieh gasreicher Verwerfungen seinen Standort hatte; ~hnliche Erscheinungen kanli man in Bergbau-Gebieten mit Austritten von Grubengasen beobachten. Aber auch aus faheren Epochen der Erdgesehiehte gibt es Hinweise auf einen Zusamrnenhang zwischen dem Meiigeliwachstum yon Pflanzen und den beim IIIkohlungsprozeB anfallenden Gasen. ~ber Erdgas-Einwirkungen kann das Experiment Ausknnft gebeii. Uiisere Versuche beschr~nkten sich anfangs auf schnell wachsende und leicht zu messende Pflaiizen. Zun~chst wurdeii in eiiiem Gew/ichshaus der I~liliikg~trtnerei Tt~bingen Gurkenanpflanzuiigen benutzt. Die Pflanzen wurden auI eiiier Fl~ehe yon t , t5 X 3,00m t~glich eilimal eine viertel Stunde mit Erdgas aus dem Erd61feld Arlesried voii unten her begast (t 1/min). Wachstum und Ertrag dieser Pflanzen wurdeli mit unbegasteli Gurken verglichen. Zwei Versuche (44 Tage) haben gezeigt, dab die Gurkeli bet Methan-Konzentrationen zwischeli 2 und 20 % eiii schnelleres Waehstmn ulid einen etwa doppelt so hohen Ertrag wie die IIicht begasten Pflaiizen hatten. Ein ~hnlicher Effekt war bet iCresse zu erkennen. Zur Erg~iizulig folgten Freilalidversuche (mit Unterstiltzulig des Wintershall-Erd61betriebes Taliiiheim). Es staliden gleiche Mengeli Futterrt~ben, Mats, Gerste und Haler auf einer begasten und einer unbegasteli Flgche voii je 0,60 × 3,40 m zur Verftigulig. Begast wurde mit Erd61gas aus dem Feld M6nchsrot, alas permanent aus einem t m fief verlegteii perforierten Rohr eiiigespeist wurde (2 1/min). Die kiesigsaiidigen t36den der VersuchsflAchen waren zuvor landwirtschaftlich ungenutzt und wurden alich w~hrend des Versuchs weder gedtingt noch landwirtschaftlich bearbeitet. Das Pflaiizenwachstum wurde anfangs von starken Setzlingserscheinuligeli im Rohrleituligsgrabeii uiid von der starken Trockenheit des Frt~hjahrs und Sommers 197t beeinflugt. Im Verlauf des Versuches zeigte sich abet eine starke Abh~ngigkeit des Pflaiizenwuchses yon der Gaskolizelitration, vor allem bet Rt~ben uiid Mats. Bet der Erlite am 29.9. 1971 waren die Maiskolben im begasteli Tell im Durchschnitt lXnger, ihr K6rneransatz um den Faktor 1,65 gr6ger und der Ausreifungs*grad wesentlich besser als bet den Vergleichspflanzen im unbegasteii Feld. Die begasten Futterrt~ben entwickelten w~hrend des Versuches im Durehschnitt wesentlich mehr uiid doppelt so lange Wurzelanh~nge wie die unbehandelten Riiben. Die Kohlendioxid-Gehalte tier begasten Zone stiegen in vier Moiiaten yon 0,5 % bis auf 7% (das Erd61gas elith~lt nach Betriebsaiialysen maximal 0,5 % CO~). Methan uiid Kohlendioxid zeigten gleicheii Gang. Die Versuche werden im kommendeii Jahr mit anderen Pflaiizen auf gr6Beren Fl~chen fortgesetzt.