Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanoröhren in Streifen gelegt

21.05.2014

Mit dünnen Schichten aus Kohlenstoff-Nanoröhren lassen sich neue Technologien realisieren. Würzburger Forscher haben ein Verfahren unter die Lupe genommen, mit dem solche Schichten hergestellt werden – und neue Erkenntnisse gewonnen.

Einige technische Neuerungen der jüngsten Zeit beruhen auf dem Einsatz von dünnen Schichten aus Kohlenstoff-Nanoröhren. So haben Wissenschaftler der Universität Stanford (USA) 2013 den Prototypen eines Computers vorgestellt, dessen elektronische Komponenten nicht auf Silizium basieren, sondern auf Kohlenstoff-Nanoröhren. Auch in den Displays von Smartphones kommen Nanoröhren teilweise schon zum Einsatz – als kostengünstigere Alternative zu den bislang üblichen Indium-Zinn-Oxiden.


Kohlenstoff-Nanoröhren setzen sich aus einer Flüssigkeit heraus in regelmäßigen Streifen auf einer Oberfläche ab. Würzburger Forscher haben diesen Prozess genauer charakterisiert.

(Grafik: Tobias Hertel)

Dünne Schichten aus Kohlenstoff-Nanoröhren lassen sich mit verschiedenen Methoden erzeugen. „Dabei ist es sehr wichtig, die Herstellung der Schichten genau steuern zu können, um die gewünschten Strukturen und Eigenschaften zu erreichen“, sagt Professor Tobias Hertel von der Universität Würzburg. Seine Arbeitsgruppe am Institut für Physikalische und Theoretische Chemie hat dazu jetzt neue Erkenntnisse gewonnen. Veröffentlicht sind sie in der Zeitschrift „Nano“ der American Chemical Society (ACS).

Horizontale Abscheidung von Nanoröhren

Das Team um Tobias Hertel hat sich mit der Technik der horizontalen Abscheidung befasst. Dabei setzen sich die Nanoröhren aus einer verdampfenden Flüssigkeit heraus auf einer Oberfläche ab. „Dieses Verfahren nutzt Selbstorganisationsphänomene der Nanoröhren“, erklärt der Professor, „es ermöglicht zum Beispiel die Herstellung dünnster Schichten, in denen alle Nanoröhren mit der gleichen Ausrichtung angeordnet sind.“

Mit dieser Technik können auch Schichten erzeugt werden, in denen sich die Nanoröhren zu regelmäßigen Streifenmustern mit Dimensionen im Mikrometerbereich arrangieren. „Dieser Effekt ähnelt sehr der Bildung von Kaffeeablagerungen und wird daher gelegentlich auch als Kaffee-Fleck-Phänomen bezeichnet“, so Hertel.

Die so entstehenden Schichten eignen sich hervorragend zur Herstellung nanorohrbasierter Transistoren. Bislang allerdings sei unklar gewesen, wie sich die regelmäßigen Streifen bilden und wie sich dieser Prozess kontrollieren lässt. Dank der Forschung der Würzburger Wissenschaftler hat sich das nun geändert.

Gleichmäßige Bewegung ergibt Streifenmuster

Bisher gingen die Forscher davon aus, dass die verdampfende Flüssigkeit sich ruckartig über die zu beschichtende Oberfläche bewegt und dass an ihrem Rand bei jedem Ruck ein Streifen aus Nanoröhren zurückbleibt – „ähnlich wie auch ein stotternder Autoreifen auf dem Asphalt ein Auto ruckelnd zum Stillstand bringt“, vergleicht Hertel.

Sein Team hat nun aber gezeigt, dass der Flüssigkeitsrand bei seiner Bewegung über die Oberfläche nicht ruckartig, sondern gleichmäßig langsamer wird und dann wieder an Fahrt aufnimmt. Weil das periodisch geschieht, ergeben sich daraus regelmäßige Streifenmuster.

Glasplatten beschleunigen den Prozess

Die Forscher haben außerdem herausgefunden, wie sich dieser Prozess deutlich beschleunigen lässt: „Wenn wir die Flüssigkeit, aus der die Schichten abgeschieden werden, zwischen zwei Glasplatten geben, die nur um Haaresbreite voneinander entfernt sind, entstehen die Streifenmuster bis zu hundert Mal schneller.“ Verantwortlich dafür sei die an der Grenze zwischen Flüssigkeit und Unterlage theoretisch beliebig schnelle Verdunstung – ein Effekt, der erst auf der Mikrometerskala spürbar wird.

Bei Youtube hat Professor Hertel ein Video hinterlegt: Darin ist in Zeitlupe zu sehen, wie bei der Technik der horizontalen Abscheidung Schritt für Schritt ein Streifenmuster aus Kohlenstoff-Nanoröhren entsteht: http://www.youtube.com/watch?v=KBHswRKdQXQ

Wie die Forschung weitergeht

Die nächsten Experimente zielen laut Professor Hertel darauf ab, die Schichtbildung besser zu kontrollieren und weiter zu beschleunigen. „Damit dieser Prozess wirklich einmal eine Anwendung finden kann, liegt noch ein ganzes Stück Arbeit vor uns. Insbesondere müssen wir die Grenzen des Machbaren ausdehnen im Hinblick auf die Geschwindigkeit, mit der diese Schichten entstehen.“

Kontakt

Prof. Dr. Tobias Hertel, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Universität Würzburg, T (0931) 31-86300, tobias.hertel@uni-wuerzburg.de

„Dynamical Contact-Line Pinning and Zipping during Carbon Nanotube Coffee Stain Formation“,Han Li, Tilman C. Hain, Andreas Muzha, Friedrich Schöppler, Tobias Hertel. ACS Nano, online veröffentlicht am 14. Mai 2014, DOI: 10.1021/nn501957y

Robert Emmerich | Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Neues Verfahren zur Inprozesskontrolle in der Warmumformung
18.08.2017 | Fachhochschule Südwestfalen

nachricht Forschungsprojekt zu optimierten Oberflächen von Metallpulver-Spritzguss-Werkzeugen
17.08.2017 | Hochschule Pforzheim

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie