Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetischer Kohlenstoff mit winzigen Mustern

28.12.2016

Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es erstmals gelungen, mikro- und nanostrukturierten magnetischen Kohlenstoff herzustellen. Gemeinsam mit Wissenschaftlern an der Universität Freiburg versahen sie Polymere per Lithographie mit winzig kleinen Strukturen und wandelten sie über Pyrolyse um. So erhielten sie pyrolytischen magnetischen Kohlenstoff (PMC). Dieser ist kostengünstig, lässt sich bei Raumtemperatur nutzen und eignet sich für Mikro und Nanoelektromechanische Systeme (MEMS und NEMS). Im Journal of Applied Physics stellen die Forscher PMC vor. (DOI: 10.1063/1.4972476)

Reiner Kohlenstoff ist normalerweise nicht magnetisch. Daher konzentrierte sich die Nanotechnologie beim Einsatz von Kohlenstoff bisher auf dessen Fähigkeit zum Elektronentransport. Kohlenstoff mit magnetischen Eigenschaften wurde zwar bereits vereinzelt hergestellt, jedoch ohne die Produktion auf die Mikro- und Nanoskala zu übertragen.


Pyrolytischer magnetischer Kohlenstoff (PMC): Das Modell zeigt die für die magnetischen Eigenschaften verantwortlichen ungepaarten Elektronenspins (rot).

Abbildung: Swati Sharma

Forschern um Professor Jan G. Korvink am Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT ist es zusammen mit Wissenschaftlern um Professor Stefan Weber am Institut für Physikalische Chemie der Universität Freiburg nun erstmals gelungen, mikro- und nanostrukturierten magnetischen Kohlenstoff herzustellen.

Der von ihnen gefertigte pyrolytische magnetische Kohlenstoff (PMC) ist kostengünstig, bleibt anders als die meisten magnetischen Materialien auch bei extrem hohen Temperaturen stabil, erfordert keine speziellen Lagerungsbedingungen, lässt sich bei Raumtemperatur nutzen und ist mit den meisten skalierbaren lithographischen Techniken kompatibel.

Wie die Forscher im Journal of Applied Physics berichten, verwendeten sie als Ausgangsstoff Polymere, wie sie gemeinhin bei der Fertigung von Mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) eingesetzt werden. MEMS sind winzige Bauteile, die elektrische und mechanische Informationen verarbeiten, unter anderem in der Mess- und Sicherheitstechnik, Medizin- und Automobiltechnik.

Die verwendeten Polymere lassen sich durch verschiedene Verfahren mit Mikro- und Nanostrukturen versehen; die Karlsruher und Freiburger Wissenschaftler bedienten sich dazu der Photolithographie und der Zwei-Photonen-Lithographie. Bei Ersterer werden die in einer Maske gespeicherten Informationen durch fotografische Abbildung in eine strahlungsempfindliche Schicht übertragen. Bei Letzterer wird flüssiges Harz durch fokussierte Laserstrahlen ausgehärtet und werden so in hohem Tempo winzige dreidimensionale Strukturen geschaffen.

Die Wissenschaftler unterzogen die strukturierten Polymere einer Pyrolyse, wobei die Temperatur bei nur etwa 600 Grad Celsius lag, was für eine ganze Reihe von MEMS-Materialien verträglich ist. So wandelten sie die Polymere in Kohlenstoff um. „Dieser pyrolytische magnetische Kohlenstoff, kurz PMC, unterscheidet sich grundlegend von glasartigem Kohlenstoff, der klassischen Form des pyrolytischen Kohlenstoffs. PMC besitzt intrinsische magnetische Eigenschaften, weil er während der Pyrolyse seine Mikrostruktur verändert und ungepaarte Elektronenspins aufgebaut hat“, erklärt Dr. Swati Sharma vom IMT des KIT, korrespondierende Autorin der Publikation. „Je mehr ungepaarte Elektronenspins vorliegen, desto stärker sind die magnetischen Eigenschaften.“

Der nach dem dargestellten Verfahren hergestellte pyrolytische magnetische Kohlenstoff (PMC) ist dank seiner Stabilität und der günstigen Herstellungskosten für viele Anwendungen attraktiv, wie für die nächste Generation der Mikroelektromechanischen Systeme (MEMS) und die weiter miniaturisierten Nanoelektromechanischen Systeme (NEMS), für Magnetresonanzspektroskopie und weitere bildgebende Techniken sowie die Herstellung von magnetischen Kompositen. Darüber hinaus ist PMC interessant für die grundlegende Erforschung magnetischer Phänomene in Kohlenstoff.

Die Herstellung von PMC ist das Ergebnis fachübergreifender Zusammenarbeit: Neben Dr. Swati Sharma, die sich schwerpunktmäßig mit kohlenstoffbasierten MEMS befasst, waren der Physiker Dr. Lorenzo Bordonali und der Chemiker Dr. Neil McKinnon aus der Gruppe von Professor Jan G. Korvink, Experte für Magnetresonanztechnologie, am KIT sowie der Materialwissenschaftler Arpad M. Rostas aus der Gruppe von Professor Stefan Weber an der Universität Freiburg daran beteiligt. Finanziert wurde die Arbeit im Rahmen des EU-Projekts NMCEL unter der Leitung von Professor Jan G. Korvink.

Swati Sharma, Arpad M. Rostas, Lorenzo Bordonali, Neil MacKinnon, Stefan Weber, and Jan G. Korvink: Micro and nano patternable magnetic carbon. Journal of Applied Physics, 2016. DOI: 10.1063/1.4972476

Weiterer Kontakt:

Kosta Schinarakis, PKM – Themenscout, Tel.: +49 721 608 41956, Fax: +49 721 608 43658, E-Mail: schinarakis@kit.edu

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technologie
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Seilzugsensor MH60 – erfolgreicher Einsatz in rauer Umgebung
20.04.2018 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

nachricht Treiber für Digitalisierung von Industrieanlagen: ABB, HPE und Rittal stellen Secure Edge Data Center vor
20.04.2018 | Rittal GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics