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 Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

Physikerinnen und Physiker diskutieren in Bremen über aktuelle Grenzen der Physik

21.02.2017 | Veranstaltungen

Kniffe mit Wirkung in der Biotechnik

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit den Betriebsräten Sozialpläne

21.02.2017 | Unternehmensmeldung

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zur Sprache gebracht: Und das intelligente Haus „hört zu“

21.02.2017 | Messenachrichten