Spitze Sonden aus der Mikrowelle

Forschern der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist es gelungen, ein Verfahren zur Herstellung scharfer Sonden für die Rasterkraftmikroskopie deutlich zu verbessern.

Mit der Rasterkraftmikroskopie werden Oberflächen so abgetastet, dass selbst kleinste Nanostrukturen sichtbar werden. Kenntnisse dieser Strukturen sind beispielsweise wichtig für die Entwicklung neuer Werkstoffe oder von Trägersystemen für Wirkstoffe.

Für die Bildqualität spielt die verwendete Sonde eine bedeutende Rolle, da ihre Größe die abbildbare Dimension begrenzt – je kleiner die Sonde ist, umso kleiner können die Strukturen sein, die sich noch erkennen lassen.

Kohlenstoffnanoröhren gelten als hervorragendes Material, um käufliche Rastersonden weiter zu verbessern. Allerdings lassen sie sich in der Praxis nur schwer auf den Rastersonden verankern, was ihre Einsatzmöglichkeiten bisher einschränkt.

Wie diese Schwächen überwunden werden können, haben Chemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena entdeckt. Der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Ulrich S. Schubert ist es gelungen, eine neuartige Herstellungsmethode zu entwickeln, die das Wachstum dieser Kohlenstoffnanoröhren direkt auf der Rastersonde erlaubt. Die innovativen Erkenntnisse werden in der neuen Ausgabe des führenden Fachmagazins für die Nanowissenschaft „Nano Letters“ publiziert und sind bereits online abrufbar (http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/nl101934j).

Die Jenaer Forscher greifen bei diesem Prozess zu Mikrowellenstrahlung, die für ein schonendes, aber sehr schnelles Wachstum der Nanoröhren sorgt. Dieses Wachstum beginnt an kleinen Kobaltkügelchen, die mit Hilfe der Mikroskopiesonde aufgenommen werden. „Ähnlich wie in der Küchenmikrowelle, wo ein vergessener Löffel die Mikrowellenstrahlung besonders stark absorbiert, so heizen sich auch die Metallkugeln in der Mikrowelle sehr stark auf und erzeugen eine Temperatur, die ausreicht, um Alkoholdampf in Kohlenstoff umzuwandeln“, erläutert Tamara Druzhinina aus Schuberts Arbeitsgruppe. „Durch die besonderen Bedingungen in der Mikrowelle, in der Drücke von bis zu 20 bar erzeugt werden können, entstehen auf diese Weise sehr schnell Kohlenstoffnanoröhren“, verrät ihre Kollegin Dr. Stephanie Höppener den Trick des Herstellungsprozesses.

„Das von uns entwickelte Verfahren ermöglicht eine sehr kostengünstige Herstellung von sehr scharfen Sonden zum Beispiel für die Rastersondenmikroskopie“, sagt Prof. Schubert. „Diese kann man zwar jetzt schon käuflich erwerben, jedoch sind sie mit über 350 Euro pro Sonde noch sehr teuer. Mit der von uns vorgestellten Methode kann potenziell ein Preisniveau erreicht werden, das den Einsatz solcher Spitzen auch bei der Bearbeitung von Routinefragen erlauben würde“, weist der Jenaer Chemiker auf den Nutzen für die Praxis hin.

Kontakt:
Dr. Stephanie Höppener / Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Humboldtstr. 10, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948261 oder 948201
E-Mail: s.hoeppener[at]uni-jena.de / info[at]schubert-group.de
Originalpublikation:
Tamara S. Druzhinina, Stephanie Höppener, Ulrich S. Schubert: „Microwave-Assisted Fabrication of Carbon Nanotube AFM Tips“, DOI: 10.1021/nl101934j