Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sägen aus Kohlenstoff

01.08.2013
Beim Herstellen von Wafern könnte sich künftig Material einsparen lassen.

Hauchdünne Sägen aus Kohlenstoff-Nanoröhren und Diamant sollen Siliziumwafer mit minimalem Schnittverlust trennen. Ein neues Verfahren ermöglicht die Fertigung der Drähte.


Neuer hauchdünner Sägedraht für Siliziumwafer: Diamant auf Kohlenstoff-Nanoröhren.
© Fraunhofer IWM

Wo gesägt wird, da fallen Späne – und die können teuer sein. Bei der Wafer-Fertigung in der Photovoltaik- und Halbleiterindustrie beispielsweise galt ein relativ hoher Schnittverlust bisher als unabwendbares Übel. Jetzt haben Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg zusammen mit Kollegen der australischen Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation CSIRO einen Sägedraht entwickelt, der die Verluste erheblich reduzieren soll: Statt diamantgespickter Stahldrähte verwenden die Forscher hauchdünne und extrem stabile Fäden aus Kohlenstoff-Nanoröhren, die mit Diamant beschichtet werden.

Beschichtete Kohlenstoff-Nanoröhren gelten schon lange als vielversprechend: Denkbar ist die Verwendung als harter und zäher Verbundwerkstoff oder als Element hochempfindlicher Sensoren und thermo-elektrischer Generatoren. Doch die Synthese des neuen Werkstoffs ist außergewöhnlich schwierig. Der Grund: Diamant wächst nur unter extremen Bedingungen – bei Temperaturen um 900 Grad Celsius in einer kohlenwasserstoffhaltigen Atmosphäre. Ihn zu züchten ist diffizil, weil Kohlenstoff bevorzugt Graphit bildet. Um dieses von der Oberfläche der Nanoröhrchen fernzuhalten, setzen die Ingenieure vom IWM reaktionsfreudigen Wasserstoff ein, der das Graphit wieder wegätzt. Bei diesem Prozess leiden allerdings auch die Kohlenstoff-Nanoröhren.

Doch der IWM-Wissenschaftler Manuel Mee hat eine Lösung gefunden, die feinen Kohlenstoffröhrchen, die wie Wälder auf einem Substrat wachsen, zu schützen: »Bei unseren ersten Versuchen war Quarzglas aus der Reaktionskammer unbeabsichtigt in Kontakt mit dem Beschichtungsplasma gekommen. Es hatte sich auf das Substrat gelegt und dieses vor dem aggressiven Wasserstoff geschützt.« Auf dieser Schicht wuchs tatsächlich Diamant. »Was danach folgte, war präzise und detaillierte Fleißarbeit«, schildert Mee. »Wir mussten die undefiniert abgeschiedene Siliziumoxid-Schicht untersuchen, eine Methode finden, sie kontrolliert abzuscheiden und den Prozess optimieren«. Tests mit dem Transmissionselektronenmikroskop am CSIRO in Australien hatten gezeigt, dass die Nanoröhrchen unter ihrer Schutzschicht tatsächlich überlebt haben.

Eine deutsch-australische Erfolgsgeschichte

Doch wie genau sollte es weitergehen? Wenn es gelänge, die Nanofäden, die die Spezialisten von CSIRO aus Nanoröhrchen herstellen, mit Diamant zu beschichten, könnte man diese nutzen, um hauchdünne Sägen herzustellen, mit denen sich beispielsweise Siliziumwafer zerteilen lassen. Das australische Team am CSIRO ist einer der weltweiten Experten, die Garne aus Kohlenstoff-Nanoröhren herstellen können. Die Produktion erfordert spezielle »Kohlenstoff-Nanorohr-Wälder«, die als hauchdünner Filz abgezogen und durch Verdrehen in ein sehr dünnes Garn von zehn bis zwanzig Mikrometern Durchmesser verarbeitet werden können. Im Prinzip ist dieses Garn, beschichtet mit Diamant, der ideale Grundstoff für eine neue Generation von Sägen, die sich beispielsweise in der Solarindustrie einsetzen lassen, resümiert Mee: »Die neuen Sägedrähte könnten traditionellen Stahldrähten überlegen sein, weil sie sich aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit weitaus dünner herstellen lassen und somit deutlich weniger Schnittverlust erzeugen.«

Die Umsetzung der Idee ist dem Physiker inzwischen gelungen. Das Verfahren und
entsprechende Produkte wurden bereits zu einem Patent angemeldet, das sich Fraunhofer und CSIRO teilen. Derzeit führen Mee und seine Kollegen Sägetests durch: »Um unseren Partnern in der Industrie zeigen zu können, welches Potenzial in der Technik steckt, müssen wir demonstrieren, wie sich bei der Verarbeitung von Wafern für die Solarindustrie Material einsparen lässt.«

Manuel Mee | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/august/saegen-aus-kohlenstoff.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Verkalkte Zähne retten
19.06.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Uhrenbestandteile aus Diamant
18.06.2018 | Schweizerischer Nationalfonds SNF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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