Über die Methode des Bombardement Induzierten Ionentransports (BIIT) und ihre Anwendung auf alkaliionenleitende Borat- und Calciumphosphatgläser

Diese Doktorarbeit konzentriert sich auf die neuartige Methode namens Bombardement Induzierten Ionentransports (BIIT). Die Methode wurde technisch weiterentwickelt und ihr Potential und ihre Fehlergrenzen diskutiert. Die Methode nutzt einen thermionischen Emitter, um einen Alkaliionenstrahl mit definierter, niedriger kinetischer Energie zu erzeugen. Dieser Strahl lädt die Oberfläche eines Festkörperelektrolyten (z.B. ein ionenleitendes Glas) im Hochvakuum auf. Es fließt ein Neutralisationsstrom abhängig von der Beschleunigungsspannung. Dies führt zu einer linearen Strom-Spannungs-Kennlinie, aus der die temperaturabhängige Gleichstromleitfähigkeit des Materials gewonnen werden kann. Typischerweise schneidet die Kennlinie die Spannungsachse nicht bei 0 V, sondern im Bereich von +1 V bis +4 V. Dieses Phänomen wird als Spannungsoffset bezeichnet. Diese Arbeit behandelt drei Schwerpunkte von BIIT: Zunächst wurde die Messung von Leitfähigkeiten optimiert. Ein Hochtemperatur-Probenhalter wurde entwickelt, welcher das zugängliche Messfenster für BIIT auf Temperaturen bis zu 260 °C (533 K) erweitert. Indem der Potentialunterschied zwischen Probenvorderseite und -rückseite auf Werte bis 100 mV reduziert wurde, wurden Leitfähigkeiten bis maximal 2·10^-10 S/cm messbar. Die Reproduzierbarkeit der Leitfähigkeitsmessung wurde überprüft und die experimentellen Abweichungen zwischen BIIT und Impedanzspektroskopie diskutiert. Um den Aufladeprozess bei BIIT zu untersuchen, wurde ein experimentelles Modellsystem entwickelt, welches aus einer Metallelektrode in Reihe mit einem ohmschen Widerstand besteht. Als zweiter Schwerpunkt wurde der Spannungsoffset genauer untersucht. Hierzu wurden Metallelektroden (Pt, Au, Cu, Ag) mit K+, Rb+ und Cs+ beschossen. Der Spannungsoffset wurde abhängig von Elektrodenmaterial und Beschusszeit bzw. abgeschiedener Ladung analysiert. Unabhängig vom Elektrodenmaterial stieg der Offset zügig mit der Zeit an und wurde nach einer Verschiebung von etwa 1.7V konstant. Durch Verwendung einer Referenzelektrode konnte gezeigt werden, dass die Verschiebung mit dem Beschuss der Elektrode zusammenhängt. Die Beobachtungen zum Spannungsoffset am Experimentbeginn waren nicht eindeutig: Entweder hängt dieser nicht vom Elektrodenmaterial ab, oder er sinkt wenn die elektronische Austrittsarbeit des Materials steigt. Basierend auf der Elektronenemission wurde ein theoretisches Modell für BIIT entwickelt, um hiermit Phänomene wie den Spannungsoffset zu erklären. Bei dem Offset könnte es sich um die Volta-Spannung (bzw. Kontaktpotential) oder eine elektromotorische Kraft handeln. Als dritter Schwerpunkt wurde die BIIT-Methode genutzt, um Konzentrationsprofile in Gläsern zu erzeugen. Wenn das Glas mit einem fremden Alkaliion beschossen wird, so ersetzt dieses das native Alkaliion, welches zu Beginn des Experiments im Glas vorlag. Dies führt zu einer typischerweise 150nm tiefen Verdrängungszone, in welcher bsi zu 80% des nativen Ions ersetzt wurden. Die erzeugten Profile werden mittels Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) gemessen und anschließend auf Basis der Nernst-Planck- und Poisson-Gleichung (NPP) nummerisch modelliert. Der erhaltene NPP-Diffusionskoeffizient eines der beiden Alkaliionen erscheint hierbei systematisch als konstant, während der andere stark von der lokalen Zusammensetzung abhängt. Es wurden die Calciumphoshatgläser Ca30-K und Ca30-Rb (0.25 M2O · 0.30 CaO · 0.45 P2O5 mit M = K, Rb) und das Mischalkali-Boratglas 16Na04Rb80B (0.16 Na2O · 0.04 Rb2O · 0.8B2O3) untersucht. Durch ein Vergleichsexperiment Rb@Ca30-K vs. K@Ca30-Rb konnte gezeigt werden, dass in beiden Fällen der Diffusionskoeffizient von Rubidium konstant erscheint. Die Konstanz ist somit nicht eine Eigenschaft des Bombarder-Ions. Daher wurde die physikalische Natur des NPP-Diffusionskoeffizienten untersucht und diskutiert. Durch Analyse des NPP-Modells wurde klar, dass das Modell sehr empfindlich auf das Verhältnis der Diffusionskoeffizienten reagiert, aber unempfindlich auf deren absolute Höhe. Prinzipiell wäre es somit möglich, dass die Konzentrationsabhängigkeit des zweiten Diffusionskoeffizienten übersehen wird. Die Alkaliboratgläser wurden mit Rb+ beschossen und so erstmals temperaturabhängige NPP-Diffusionskoeffizienten gewonnen. Diese wurden mit Literaturwerten aus Impedanzspektroskopie und Radiotracer-Diffusion (RTD) verglichen, welche aus Studien zum Mischalkalieffekt in diesem Glassystem bekannt sind. Die Unsicherheit, die sich aus der Umrechnung der SIMS-Daten in Konzentrationsprofile ergibt, wird quantitativ bestimmt. Außerdem werden die Ergebnisse der BIIT-NPPMethode ausführlich auf ihre Selbstkonsistenz überprüft, z.B. ob die Diffusionskoeffizienten Arrhenius-Verhalten zeigen oder ob die laut Neutralisationsstrom eingebrachte Ladungsmenge mit der im Konzentrationsprofil gefundenen Ladungsmenge übereinstimmt

High-resolution pulsed field ionization photoelectron-photoion coincidence spectroscopy using synchrotron radiation

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High-resolution pulsed field ionization photoelectron–photoion coincidence study of CH4: Accurate 0 K dissociation threshold for CH3+

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Charge Attachment Induced Transport – Bulk and Grain Boundary Diffusion of Potassium in PrMnO3

The transport of potassium through praseodymium-manganese oxide (PrMnO3; PMO) has been investigated by means of the charge attachment induced transport (CAIT) technique. To this end, potassium ions have been attached to the front side of a 250 nm thick sample of PMO. The majority of the potassium ions become neutralized at the surface of the PMO, while some of the potassium ions diffuse through. Ex situ analysis of the sample by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) reveals pronounced concentration profiles of the potassium, which is indicative of diffusion. Two diffusion coefficients have been obtained, namely, the bulk diffusion coefficient and the diffusion coefficient associated with the grain boundaries. The latter conclusion is supported by transmission electron microscopy of thin lamella cut out from the sample, which reveals twin grain boundaries reaching throughout the entire sample as well as model calculations

Ionen-Molekül-Reaktionen in Gasphase von via REMPI zustandselektierten Ionen in den Reaktionssystemen H/DCl+ + HCl und HCl+ + H2 zur Untersuchung des Einflusses von Translations- und Rotationsenergie

Im Rahmen dieser Doktorarbeit erfolgten Studien zum Einfluss von Translations- und Rotationsenergie auf Ionen-Molekül-Reaktionen in der Gasphase. HCl+ + HCl --> H2Cl+ + Cl (PT) DCl+ + HCl --> HDCl+ + Cl (DT) DCl+ + HCl --> HCl+ + DCl (CT) HCl+ + H2 --> H2Cl+ + H (HA) Sowohl der PT, DT und auch die HA besitzen bezüglich der Stoßenergieabhängigkeit den ausgehend von der Literatur erwarteten Verlauf. Der Ladungstransfer weist überraschenderweise ein bisher nicht erklärtes Maximum bei E_cm = 0.5 eV auf. In Bezug auf die Rotationsabhängigkeit hingegen ist das Bild uneinheitlicher. Der PT zeigt ein Minimum der Wirkungsquerschnitte um R(5) wohingegen für den DT die Werte von sigma monoton fallen. Der Ladungstransfer zeigt keine ausgeprägte Abhängigkeit von der Rotationsenergie. Für die HA hingegen ändert sich die Abhängigkeit von der Rotationsanregung mit der Stoßenergie. Des Weiteren fanden auch zwei theoretische Ansätze Verwendung. Dabei handelt es sich zum einen um die Modellierung der Wirkungsquerschnitte und zum anderen die Durchführung von quantenmechanischen Rechnungen

Aufbau eines Oktopol-Ionenführungssystems zur Untersuchung von Ionen-Molekül-Reaktionen - Rotationsabhängigkeit der Reaktion HBr+(DBr+) mit CO2

In einem Oktopol-Ionenführungssystem wurde der Protonentransfer zustandsselektiert erzeugter HBr+- und DBr+-Ionen auf Kohlenstoffdioxid unter Bildung von HOCO+ bzw. DOCO+ und Br untersucht. Dabei wurde die Abhängigkeit von der Molekülrotation der Eduktionen der beiden endothermen Reaktionen bei unterschiedlichen Stoßenergien ermittelt. Die Molekülionen wurden über einen (2+1)-REMPI-Prozess im Spinbahn-, im Schwingungsgrundzustand und mit einer sehr schmalen Verteilung der Rotationszustände erzeugt. Die untersuchten mittleren Rotationsenergien erstreckten sich für das HBr+-Ion über einen Bereich von 1.4 bis 66.3 meV und für das DBr+-Ion von 0.7 bis 43.0 meV. Weiterhin wurde der Protonen- bzw. Deuteronentransfer in einem Stoßenergiebereich von 0.32 bis 1.00 eV unter Einzelstoßbedingungen betrachtet. Hierbei wurde für alle Kollisionsenergien eine Abnahme des Wirkungsquerschnittes mit steigender Rotationsenergie festgestellt, die jedoch für die höheren Stoßenergien stärker ausgeprägt ist als für die niedrigeren Energien. Für die Stoßenergie Ec.m. = 1 eV nimmt der Wirkungsquerschnitt beispielsweise um ca. 50% für beide Reaktionen im betrachteten Rotationsenergiebereich ab, wobei die Abnahme bei Ec.m. = 0.35 eV für den Protonentransfer nur noch 30% und für den Deuteronentransfer sogar nur ca. 20% beträgt. Die ermittelten absoluten Wirkungsquerschnitte liegen in einem Bereich von 0.9 bis 3.5 Å2. Bei der Betrachtung der Abhängigkeit des Wirkungsquerschnittes von der Stoßenergie konnte ein für endotherme Reaktionen zu erwartender reaktionsfördernder Einfluss auf die Reaktionen beobachtet werden. Weiterhin kann aus dem Vergleich der Rotationsabhängigkeiten von Protonen- und Deuteronentransfer ein Hinweis auf einen dominierenden Effekt der Rotationsenergie gegenüber einem Effekt des Drehimpulses auf die Reaktivität gefunden werden

Chiralitätsanalyse mittels Femtosekunden Laserionisation Massenspektrometrie

Für die vorliegende Doktorarbeit wurden enantiosensitive Untersuchungen mit ultrakurzen Laserpulsen im Bereich einiger Femtosekunden (fs) durchgeführt. Dazu wurde die Chiralitätsanalyse mit der Laserionisation-Massenspektrometrie (LIMS) kombiniert. Die unterschiedliche Drehrichtung von links- (LCP) und rechts-zirkular (RCP) polarisierten Laserpulsen erzeugt dabei verschiede Ionenausbeuten für chirale Moleküle. Diese Ionenausbeuten wurden in einem Flugzeitmassenspektrometer detektiert und der CD in Ionenausbeuten berechnet. Ein Vorteil dieser Methode, gegenüber anderen enationsensitiven Chiralitätsanalysen, liegt in der inhärenten Trennung von Stoffen unterschiedlicher Masse zu Ladungsverhältnisse (m/z) im Flugzeit-massenspektrometer, was zeitaufwendige chemische Separationsmethode obsolet macht. Außerdem ermöglicht diese Kombination neben der Chiralitätsanalyse eine chemische Identifikation des Analyten anhand des Masse zu Ladungsverhältnisses des Mutterions oder spezifischer Fragmentationsmuster. Die Verwendung von fs-Laserpulsen für diese Analyse-Methode ist aus wissenschaftlichen und analytischen Fragestellungen interessant, da für solche kurzen Pulse generell höhere Ionenausbeuten für die Mutterionen der Analyten erhalten werden, was die chemische Identifikation erleichtert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss von Laserpulsparametern und verschiedener Anregungs- bzw. Ionisationsprozesse auf den CD-Effekt für unterschiedliche chirale Analyten untersucht. Für die Korrektur sowohl von zufälligen wie auch systematischen Abweichungen wurde als interner Standard eine achirale Referenzsubstanz verwendet. Der erste Teil der erhaltenen Ergebnisse betrachtet resonante Ein-Photonenanregungen und die daraus resultierenden CD-Effekte in der Ionisation von 3-Methylcyclopentanon. Der CD in Ionenausbeuten wurde in einer (1+2)-resonanzverstärkten Mehrphotonenionisation (REMPI) im Rahmen meiner Diplomarbeit wellenlängenabhängig charakterisiert. Aus den erhaltenen Unterschieden im Vergleich zu den Experimenten in der ns-LIMS resultierte die Frage inwiefern der CD in Ionenausbeuten in (1+2)-REMPI von der Pulsdauer beeinflusst wird. Zur Untersuchung dieses Sachverhaltes wurde ein Pulsformer für den ultravioletten Spektralbereich aufgebaut und die Pulsdauer zwischen 50 fs und etwa 950 fs anhand des linearen Chirps variiert. Bei einer Zentralwellenlänge von 311 nm zeigte sich ein deutlicher Anstieg des CD-Effektes des Mutterions mit ansteigender Pulsdauer, sowohl für (R)- als auch für (S)‑3‑MCP. Der Verlauf des CD in Ionenausbeuten ist sowohl für negative als auch positive lineare Chirpparameter sehr ähnlich. Im zweiten Teil dieser Dissertation wurden CD-Effekte in nicht-linearen optischen Prozessen untersucht. Anhand des CD in Ionenausbeuten von (R)-Propylenoxid ((R)-PO) bei Zentralwellenlängen von 810 nm und 878 nm wurde in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass CD-Effekte auch in Fünf- bzw. Sieben-Photonenprozessen beobachtet werden können. Weiterhin lässt sich anhand der Photonenenergie bei 878 nm und der Anzahl der im Ionisationsprozess beteiligten Photonen schließen, dass es sich um eine Mehrphotonenionisation ohne resonante Zwischenstufen handelt. Das ist bemerkenswert, da alle bis dahin bekannten Arbeiten auf dem Gebiet der Chiralitätsanalyse mittels LIMS Ein- oder Zwei-Photonenresonanzen nutzen. Weiterhin ist interessant, dass die CD in Ionenausbeuten von (R)-PO bei 810 nm und 878 nm eine Größenordnung größer sind als der CD-Effekt in Ein-Photonenabsorption. Für (1+n)‑REMPI wurden stets CD‑Effekte beobachtet, bei denen der CD in Ein‑Photonenabsorption und der CD in Ionenausbeuten in der Größenordnung. Der nicht-lineare Charakter der beobachteten CD‑Effekte des PO wird dadurch bestätigt. Bei genauerer Untersuchung des CD in Ionenausbeuten der Fragmentionen wurde sowohl bei 810 nm als auch bei 878 nm ein Unterschied in den Vorzeichen der CD-Effekte aller Fragmentionen und des CD-Effekts des Mutterions gefunden. Wiederum die erste Beobachtung eines solchen Effektes und im Gegensatz zu (1+n)‑REMPI, bei denen für das Mutterion und die Fragmentionen die gleichen Vorzeichen im CD in Ionenausbeuten beobachtet wurden

Untersuchungen zur thermionischen Erzeugung von Alkali-Ionenstrahlen

Gegenstand dieser Arbeit sind Studien zur thermionischen Erzeugung von Alkali-Ionen. Ausgangspunkt waren dabei die in der Arbeitsgruppe Weitzel existierenden Alkali-IonenEmitter auf Basis von MAlSi2O6 mit M = K, Rb, Cs. Diese Emitter basieren auf der Einbettung des Emittermaterials MAlSi2O6 in einer Metallmatrix und sind in der Lage, einen hochreinen Ionenstrahl mit einer Stromstärke im Bereich von etwa 100 nA zu erzeugen. Im Verlauf dieser Arbeit zeigte sich, dass es mit diesem Aufbau nicht möglich ist, Lithium- und Natrium-Ionen aus MAlSi2O6 mit M = Li, Na zu erzeugen und sich die erhaltenen Kenngrößen für die Emission, wie beispielsweise die Austrittsarbeit, deutlich von Probe zu Probe unterscheiden. Als Alternative wurden sogenannte Filament-Emitter, bei denen eine Metallfolie als Widerstandsheizung und Probenträger eingesetzt wird, durch Aufschmelzen des reinen Emittermaterials auf das Filament hergestellt. Dabei wurde auf den Zusatz eines Matrixmetalls verzichtet. Mit der Verwendung von Emittermaterialien der Zusammensetzungen MAlSiO4 und MalSi2O6 mit M = Li, Na, K, Rb, Cs war es möglich, Lithium-, Natrium-, Kalium-, Rubidium- und Cäsium-Ionenstrahlen zu erzeugen. Weiterhin eröffneten systematische Studien der Temperatur- und Feldabhängigkeit der Emission den Zugang zu Kenngrößen der thermionischen Emission. Die Austrittsarbeit zeigt beispielsweise eine deutliche Abhängigkeit von der Struktur der Emittermaterialien. Der Einfluss des anionischen Gitters wurde durch Einsatz von CsMSi2O6 und CsMGe2O6 mit M = B, Al, Ga, F e als Emittermaterial untersucht. Für die Feldabhängigkeit wurde für alle untersuchten Emittermaterialien der Übergang von der raumladungsbegrenzten zur feldverstärkten Emission beobachtet. Die Analyse der kinetischen Energie der erzeugten Ionenstrahlen wurde durch Bremsfeldmessungen realisiert. Die erhaltenen Ergebnisse für LiAlSi2O6 sind in guter Übereinstimmung mit numerischen Simulationen des Emissionsverhaltens. Zum Abschluss der Arbeit wurde die thermionische Emission erstmals als Zugangsweg zur Bestimmung der ionischen Austrittsarbeit für Lithium aus Lithium-Cobalt-Oxid genutzt. Die so erhaltene ionische Austrittsarbeit von etwa 4 eV ist in sehr guter Übereinstimmung mit einem aus theoretischen Überlegungen abgeleiteten Wert von 3.6 − 4.5 eV

Einfluss der spektralen Phasen von Femtosekunden-Laserpulsen auf Ionisation und Dissoziation von Ethan und DCl

Inhalt der vorliegenden Doktorarbeit ist das Verständnis und die Kontrolle von fs-laserpulsinduzierter Ionisation und Dissoziation. Eine zentrale Rolle spielt in diesem Zusammenhang die spektrale Phase des Laserpulses, welche den elektrischen Feldverlauf charakterisiert. Durch die Manipulation der spektrale Phase und damit des Laserfeldes können Ionisations- und Dissoziationsprozesse beeinflusst werden. Zwei prominente Manipulationen sind die der carrier-envelope phase und der lineare chirp. Es wurden die Auswirkungen der CEP auf DCl und die Auswirkungen höherer Terme der spektralen Phase, wie der lineare chirp, auf Ethan und teilweise deuteriertes Ethan (CH3CD3) untersucht. Für die Untersuchung der CEP-Abhängigkeit wurden die entstehenden D+- und Cl+-Ionen sowie die ebenfalls freigesetzten Elektronen massen- und ortsaufgelöst detektiert. Die Winkelverteilung der Fragmentionen ergab dabei, dass diese vorwiegend in einem Winkel von 60° zur Laserpolarisation entstehen. Die CEP spielt eine entscheidende Rolle in der Ionisation, als dass durch sie kontrolliert werden kann, in welcher Orientierung die Moleküle bevorzugt ionisiert werden. Diese Orientierung wird in der Winkelverteilung der Fragmente abgebildet. Der richtungsabhängige Austritt der Fragmentionen aus dem DCl+ ist für die beiden Ionen entgegengesetzt abhängig (um pi verschoben) von der CEP. Diese CEP-Abhängigkeit der Austrittsrichtung ist für die Elektronen deutlich stärker ausgeprägt als für die Fragmentionen. Sie treten bevorzugt parallel zur Laserpolarisation und auf derselben Seite des Moleküls aus, zu der hin sich auch das Cl+ bewegt. Dieses Ergebnis passt gut zu einer Ionisation aus den HOMOs, welches die zweifach entarteten 3p-Orbitale des Cl sind. Die Manipulation der höheren spektralen Phasenterme erfolgte durch einen 4f-Pulsformer. Die entstehenden Ionen wurden mit einem Flugzeitmassenspektrometer detektiert. Zunächst wurde vor allem die H3+-Entstehung aus Ethan einer genaueren Betrachtung unterzogen und durch ein PIPICO-Experiment bestätigt, dass das H3+ aus der Reaktion C2H62+ ? H3+ + C2H3+ stammt. Weiterhin gelang es durch die Anwendung einer quadratischen spektralen Phase die Ausbeuten aller Fragmentionen und des Mutterions des Ethans zu beeinflussen. Vor allem die chirp-Abhängigkeit der Mutterionenausbeute weist darauf hin, dass die Ionisation eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Reaktionen spielt. Insgesamt spielen aber mehrere Effekte eine Rolle. Zum einen steigt die Fragmentierung mit zunehmender Pulsdauer an, was somit vorrangig auf einen Pulsdauereffekt zurückzuführen ist. Zum anderen aber zeichnet sich eine klare Abhängigkeit der Ionisierungseffizienz von dem Vorzeichen des chirp-Parameters alpha ab. Beide Effekte zusammen führen dazu, dass die Ionenausbeute aller Ionen für negative lineare chirps am größten ist. Der chirp-Effekt ist am ausgeprägtesten für kleine Laserintensitäten und wird mit steigender Pulsenergie von einem Intensitätseffekt überlagert. Weiterhin wirkt sich der chirp-Effekt nicht auf alle Ionensorten gleich aus, sodass die quadratische Phase ebenfalls dazu verwendet werden kann, die Verhältnisse von Ionenausbeuten zu steuern. Es wurden zwei unterschiedliche Kontrollmechanismen identifiziert. Demnach ist es durch die Verwendung einer quadratischen Phase ebenso möglich eine intra-charge-state control wie auch eine inter-charge-state control auszuüben. Um kompliziertere Phasen untersuchen zu können beziehungsweise um die spektrale Phase für eine bestimmte Ionenausbeute oder ein Ausbeutenverhältnis zu optimieren, wurde ein genetischer Algorithmus eingeführt. Bei der Optimierung der spektralen Phase zur Erzeugung maximaler Ionenausbeuten einer einzelnen Spezies zeigte sich am Beispiel von H+ und H3+, dass die optimierten spektralen Phasen in der Regel einen hohen negativen linearen chirp-Anteil aufweisen. Dies lässt sich dadurch zeigen, dass die optimierten Pulse durch zusätzliches Aufprägen eines positiven linearen chirp signifikant verkürzt werden können. Auch das Ergebnis der optimierten Laserpulse ist, wie schon bei der systematischen Variation von alpha, von der Laserpulsintensität abhängig. So werden die optimalen Laserpulse mit steigender Intensität kürzer und die Steigerung der Ionenausbeute gegenüber dem 45 fs-Puls geringer. Es zeigt sich also, dass die spektrale Phase eines Femtosekundenlaserpulses und insbesondere ihr quadratischer Anteil in vielfältiger Hinsicht ein starkes Werkzeug für die Manipulation von Ionenausbeuten ist

Charakterisierung der Ionendynamik in ionenleitenden Gläsern und PrMnO3 durchniederenergetische Alkaliionen-Bombardements

Im Rahmen der Arbeit wird die Ionendynamik in Festkörperelektrolyten, z.B. Phosphatgläser, die ein Alkaliion enthalten, ein Borosilikatglas, das zwei Alkaliionen enthält oder das hoch leitende Praseodym-Manganoxid (PMO), untersucht. Der Ionentransport wird dabei mittels des Bombardement Induzierten Ionentransports (BIIT) und der Flugzeit-Sekundärionen Massenspektrometrie (ToF-SIMS) untersucht. Alkalihaltige Calcium-Polyphosphatgläser mit der allgemeinen Zusammensetzung xCaO-(55 - x)M2O-45P2O5 (M = Na, K, Rb, Cs; x = 20, 30, 40) werden synthetisiert und hinsichtlich der Struktur-Funktions-Beziehung untersucht. Hierfür werden die Änderungen in der ionischen Leitfähigkeit und Änderungen der Aktivierungsenergie des Ionentransports in Abhängigkeit der Menge und Art des Alkaliions betrachtet. Es wird beobachtet, dass die ionische Leitfähigkeit mit steigendem Alkali-Anteil zunimmt, während der Wert der Aktivierungsenergie und die Glasübergangstemperatur absinken. Die ionische Leitfähigkeit folgt keinem eindeutigen Trend entsprechend des Calcium-Gehalts oder des verwendeten Alkaliions. In Ca40Y-Gläsern sinkt die Leitfähigkeit in Bezug auf das mobile Alkaliion in der Reihenfolge Na>K>Rb>Cs. Die Reihenfolge ändert sich, wenn der Anteil an Alkaliionen erhöht wird, was in ein Absinken der Leitfähigkeit in der Reihenfolge Cs>Na>Rb>K in Ca20Y-Gläsern resultiert. Es wird beobachtet, dass der Fall, in dem die Größe des Alkaliions ähnlich der Größe des Calciumions ist, eine Sonderrolle einnimmt, die sich durch eine erhöhte Leitfähigkeit auszeichnet. Da sich die Frage stellt, wie die gemessenen Eigenschaften durch die Ionendynamik des Calciums beeinflusst werden, werden Langzeit-Experimente durchgeführt. Die durch ToF-SIMS erhaltenen Profile zeigen, dass ein erheblicher Teil der Calciumionen durch die inkorporierten Alkaliionen verdrängt wird. Dem folgend trägt auch Calcium zur Leitfähigkeit bei. Die verdrängten Ladungsverhältnisse lassen den Schluss zu, dass die Alkaliionen weiterhin deutlich mobiler sind als die Calciumionen. Die Analyse der Rückseitenelektrode des Glases gibt Hinweise darauf, dass das Alkaliion als mobilstes Ion durch das Glas transportiert wird. Entsprechend wird eine Alkaliionen-Interphase zwischen Glas und Elektrode gefunden, die sich elektrochemisch gebildet hat. Die Untersuchung der Interphase liefert Aufschluss über die elektrochemische Spannungsreihe bei den Bedingungen an der Elektroden-Glas-Grenzschicht. An der Grenzschicht wird eine Zersetzung des Glases aufgrund von elektrochemischen Prozessen beobachtet. In weiteren Untersuchungen wird ein Natrium und Kalium enthaltendes Borosilikatglas im Hinblick darauf untersucht, wie diese Alkaliionen zur Gesamtleitfähigkeit beitragen. Das Glas wird mit Cäsium über einen bestimmten Zeitraum bestrahlt und anschließend werden Konzentrationsprofile aller Alkaliionen ex-situ mittels ToF-SIMS generiert. Die Konzentrationsprofile zeigen, dass die nativen Natrium- und Kaliumionen durch Cäsiumionen bis hin zu einer Tiefe von 200 nm ersetzt werden. Im weiteren Verlauf des Konzentrationsprofils (in Richtung des Ionentransports) wird Kalium einen Wert der Ionendichte erreichen, der oberhalb der Ionendichte im Volumen liegt, wohingegen Natriumionen weiter durch die überschüssigen Kaliumionen ersetzt werden. Eine Simulation der Profile auf Basis der gekoppelten NERNST-PLANCK-POISSON-Gleichungen führt zur Lösung der konzentrationsabhängigen Diffusionskoeffizienten für Natrium und Kalium. An der Rückseitenelektrode des Glases zeigt die ToF-SIMS-Analyse, dass ausschließlich Natrium an der Glas-Elektroden-Grenzschicht angelagert ist, da das Potential an der Rückseitenelektrode nicht ausreicht, um die Elektrodeposition des Kalium zu ermöglichen: Eine natriumhaltige Interphase wird gebildet. Mittels TEM wird an elektronen-transparenten Lamellen, die mit einem fokussierten Ionenstrahl aus der Probe herausgelöst werden, sowohl der Eintrag von Cäsium an der Frontseite des Glases als auch die Bildung der Interphase an der Elektroden-Glas-Grenzschicht nachgewiesen. Zuletzt wird PMO, welches als guter elektronischer Leiter bekannt ist, mittels niederenergetischem Kaliumionen-Bombardement untersucht. Im Gegensatz zu bisher durchgeführten BIIT-Experimenten wird hier die Oberfläche des PMO nicht aufgeladen. Stattdessen werden die adsorbierten Kaliumionen direkt an der Oberfläche des PMO neutralisiert. Die Analysen des bombardierten PMO mit TEM und energiedispersiver Röntgenspektroskopie an präparierten Lamellen zeigen, dass sich Kalium an der Oberfläche abgeschieden hat und in das PMO hinein diffundiert. Es werden in PMO Korngrenzen in Form von kolumnaren Strukturen beobachtet, die die Folge von Kristalliten in unterschiedlicher Ausrichtung sind. Schließlich wird mittels ToF-SIMS die Kaliumdiffusion näher untersucht und es werden zwei Diffusionskoeffizienten für Kalium in PMO gefunden