Nanodiamanten – die besten Freunde des Mikroingenieurs
Geräte werden zunehmend kleiner, funktionaler und leistungsfähiger, doch neue Anwendungen erfordern die Einsetzbarkeit unter extremen Bedingungen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts "Nano-diamond building blocks for micro-device applications" (NANODIA) wurde das Potenzial nanokristalliner Diamanten erforscht, indem Probleme behandelt wurden, die ihrer Verwendung derzeit entgegenstehen. Die ersten Versuche waren darauf ausgerichtet, die Einheitlichkeit und Dichte der Kernbildung zu verbessern, dem ersten Schritt der Kristallisation. Die Projektmitglieder arbeiteten außerdem an der Wachstumsbeschleunigung nanokristalliner Diamantdünnfilme mithilfe von Substraten. Wissenschaftler demonstrierten verbesserte Kernbildung und Filmwachstum nach der Ablagerung metallischer Substrate auf spiegelpoliertem Silizium. Schnell karbidbildende Metalle ermöglichten die höchste Dichte von Nanodiamantkristallen, was zu dichten, gleichmäßigen und sehr glatten nanokristallinen Diamantfilmen führte. Des Weiteren war die Verbesserung des Bekeimungsschritts nicht abhängig von der Morphologie des Substrats, sondern eher von dessen Oberflächenchemie und der Art der Diamantnanopartikel. Die Wissenschaftler untersuchten außerdem die Wachstumsdynamik der Nanodiamant- und diamantartigen Kohlenstofffilme, die mithilfe verschiedener Ablagerungsverfahren erstellt wurden. Durch Rasterkraftmikroskopie wurde die Entwicklung der blumenkohlähnlichen Oberflächenmorphologie beleuchtet. Zum ersten Mal überhaupt konnte die Entwicklung dieser feinen Oberflächenmuster hinsichtlich der Fraktale beschrieben werden, die bei lebenden und nicht-lebenden Systemen allgegenwärtig sind. Abschließend untersuchten die Forscher das Verhalten der Nanodiamanten bei Mikro-Gleitkontakten für die industrielle Anwendung in Mikrosystemen mit beweglichen mechanischen Teilen. Sie arbeiteten an der Optimierung der Volldiamantsonden für die Rasterkraftmikroskopie, die vor Kurzem zur kommerziellen Nutzung entwickelt wurden. Die Anstrengungen konzentrierten sich auf die hochleistungsfähigen Bor-dotierten Diamantdünnfilme für die Spitzen. Die Prüfungen ergaben, dass sich die Verschleißrate mit der Bor-Dotierung drastisch erhöhte, was in direktem Zusammenhang mit weicheren Filmen und größerer Nano-Einkerbung stand. Das NANODIA-Projekt lieferte wertvolle Erkenntnisse über die Bildung synthetischer nanokristalliner Diamantdünnfilme zur Anwendung bei Nanogeräten. Die Projektaktivitäten legten die Grundlage zur Nutzung von Diamant in Mikrogeräten, die hochwertige mechanische, chemische und thermische Eigenschaften erfordern.
Schlüsselbegriffe
Nanokristallin, Diamant, Kernbildung, Dünnfilme, Substrate, Fraktale, Mikroskopiesonden
