Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Funktionalisiertes Graphen leistet wenig Widerstand

01.12.2011
Graphen, der einzige zweidimensionale Feststoff, ist an sich ein hervorragender elektrischer Leiter. Doch muss nutzbares Graphen über Kontakte elektrisch an die Umgebung angebunden sein – das kann sich nachteilig auf die Leitfähigkeit auswirken. Ein Team um Prof. Gerd Bacher und Dr. Wolfgang Mertin von der Universität Duisburg-Essen (UDE) hat nun erstmals nanometergenau den Widerstand an den Kontaktstellen gemessen und seine Ergebnisse in „Nano Letters“ veröffentlicht.

Graphen ist schon jetzt in Superkondensatoren, Touchscreens und zum Beispiel als Elektrodenmaterial in Batterien im Einsatz. Für sich genommen hat es hervorragende elektrische Eigenschaften, aber in der Realität muss es stets mit anderen Materialien in Kontakt stehen, um elektrisch angebunden zu sein.

Der Widerstand an dieser Kontaktstelle kann erheblichen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Bauelements haben, bloß hatte ihn bisher niemand zufriedenstellend messen können. Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, arbeitete die Arbeitsgruppe von Dr. Wolfgang Mertin, Mitglied des Centers for Nanointegration Duisburg-Essen (CeNIDE), mit der renommierten amerikanischen Universität Princeton zusammen.

Die Wissenschaftler in Princeton stellten mittels Thermischer Exfolierung funktionalisiertes Graphen her. Bei dieser Methode wird das Ausgangsmaterial Graphitoxid erhitzt, bis es quasi explodiert. Auf den dabei entstehenden Graphenflocken setzen sich Fremdatome ab, die als funktionelle Gruppen die Leitfähigkeit verändern. Das so entstehende funktionalisierte Graphen weist eine teilweise ungleichmäßige Gitterstruktur auf und ist aufgrund der aufsitzenden Fremdatome nicht mehr komplett plan, sondern knitterig wie einmal zusammengeknüllte und wieder geglättete Alufolie. Im Gegensatz zu hochreinem Graphen ist die Produktion des funktionalisierten Pendants jedoch in industrierelevanten Mengen möglich.

Um nun den Widerstand an der Kontaktstelle zwischen dem ungleichmäßigen Graphen und der Elektrode realistisch zu ermitteln, ist eine Messung notwendig, die auch bei winzigen Abständen ortsgenaue Daten liefert. Die Arbeitsgruppe Mertin verfügt über ein „Kelvin Probe Force Microscope“, kurz KPFM, mit dem sich Topographie und elektrisches Potenzial einer Probe kontaktlos und auf 15 nm genau in einem Schritt bestimmen lassen. „Es gibt nur sehr wenige Forschergruppen in Deutschland, die diese Messungen durchführen können“, erklärt Mertin. „Ein KPFM zu kaufen, bedeutet noch lange nicht, dass man es auch sinnvoll anwenden kann. Dafür ist viel Übung und Eigeninitiative nötig.“ Seine Arbeitsgruppe, die seit 1990 elektrische Messmethoden verwendet und auf elf Jahre Erfahrung mit dem KPFM zurückblicken kann, hat bereits eigene Messmethoden entwickelt, indem die Forscher eigene Bauteile konstruiert und verwendet haben. So entstand die Kooperation zwischen Princeton und der UDE: Die Amerikaner stellten die Proben zur Verfügung, CeNIDE-Mitglied Mertin und sein Team untersuchten den Widerstand.

Das Ergebnis: Sowohl die verwendete Titan-Gold-Elektrode als auch die funktionellen Gruppen beeinflussen die Leitfähigkeit positiv, der Widerstand liegt an der Kontaktstelle im Mittel bei gerade einmal 6,3x10-7 Ohm cm2. Das sind wichtige Informationen für die Anwender funktionalisierten Graphens: Sie können anhand der Daten nun ihre Materialien und Verfahren vergleichen und gegebenenfalls anpassen. Dr. Mertin geht im Geist schon einen Schritt weiter: „Jetzt wollen wir den Einfluss der funktionellen Gruppen noch einmal genauer unter die Lupe nehmen, und das Sauerstoff-Kohlenstoff-Verhältnis verändern. Mal sehen, ob wir so nicht einen noch geringeren Widerstand erzielen können.“

Der Nano-Letters-Beitrag „Local Voltage Drop in a Single Functionalized Graphene Sheet Characterized by Kelvin Probe Force Microscopy” ist hier zu finden:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl201070c
DOI: 10.1021/nl201070c
Redaktion und weitere Informationen:
Birte Vierjahn, CeNIDE, Tel. 0203 379-1456, birte.vierjahn@uni-due.de, www.cenide.de

Ulrike Bohnsack | idw
Weitere Informationen:
http://www.cenide.de/
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl201070c

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Stahl ist nicht gleich Stahl: Informatiker und Materialforscher optimieren Werkstoffklassifizierung
19.02.2018 | Universität des Saarlandes

nachricht Wenn Eiweiße einander die Hand geben
19.02.2018 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

Von Bitcoins bis zur Genomchirurgie

19.02.2018 | Veranstaltungen

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

Die Zukunft wird gedruckt

19.02.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer HHI präsentiert neueste VR- und 5G-Technologien auf dem Mobile World Congress

19.02.2018 | Messenachrichten

Stabile Gashydrate lösen Hangrutschung aus

19.02.2018 | Geowissenschaften

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