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 Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung
28.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Zeolith-Katalysatoren ebnen den Weg für dezentrale chemische Prozesse: Biosprit aus Abfällen
28.06.2017 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive