Kleine Diamanten mit großen industriellen Auswirkungen

Kohlenstoffnanomaterialien vereinen unterschiedliche wichtige Eigenschaften in einem einzigen winzigen Gehäuse. Mit Hilfe ihrer thermischen und elektrischen Leitfähigkeit, der mechanischen Festigkeit und optischer Eigenschaften können Bauelemente entwickelt werden, die es in Europa bis jetzt nicht gab.

Industrielle Technologien

Die EU finanzierte das Projekt CARBONNASA (Carbon-based nanomaterials and nanostructures for advanced sensing applications) aus dem Marie Curie-Programm für den internationalen Austausch von Forschungspersonal (International Research Staff Exchange Scheme, IRSES). Das Projekt holte wichtige Fertigkeiten und Kompetenzen aus China, Japan und den Vereinigten Staaten an die europäischen Labors, die mit der Infrastruktur zu deren Ausnutzung ausgestattet sind. Es wurde zur Unterstützung des Wissenstransfers in Bezug auf Nanomaterialien konzipiert, der die Entwicklung von potenziell wegweisenden Technologien und Bauelementen, die derzeit nicht in Europa verfügbar sind, erleichtern wird. Die vielen Anwendungen betreffen Bereiche wie etwa Energie, Biomedizin oder Mikroelektronik. Die Forscher konzentrierten ihre Anstrengungen auf die Anfertigung von qualitativ hochwertigen Diamantdünnschichten, und das sowohl homoepitaktisch (Diamant auf Diamantsubstrat) als auch heteroepitaktisch (Diamant auf einem anderen Substrat). Mithilfe der Femtosekundenlaserbestrahlung konnte das Team zum ersten Mal die Möglichkeit der Schaffung von Mikrofluidkanälen auf einem biokompatiblen einkristallinen Diamantsubstrat demonstrieren. Die Pionierarbeit wurde im Fachmagazin Applied Physics Letters veröffentlicht. CARBONNASA synthetisierte gleichermaßen neuartige Kohlenstoffnanofasern, die dazu verwendet werden können, um das Knochenwachstum zu begünstigen und die Erforschung der antimikrobiellen Resistenz zu erleichtern. Die starken lumineszierenden Eigenschaften bestimmter Fasern erscheinen auch für Anwendungen in der Optoelektronik interessant zu sein. Die außergewöhnliche Oberflächenchemie und die mechanischen Eigenschaften von Diamant wurden bei Entwicklung von Bauelementen für die Druckmessung ausgenutzt. Den Forschern gelang nun die Entwicklung eines selbstintegrierten Metall-Piezo-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistors, eines hochempfindlichen mikroelektromechanischen Bauelements zur Erfassung von Druck bei hohen Temperaturen. Zahlreiche Punktdefekte in Diamanten, die wegen ihrer Photolumineszenzeigenschaften intensiv erforscht werden, können in Quantensender umgewandelt werden. Das Team fertigte Arrays aus Diamant-Nanostrukturen mit verschiedenen Durchmessern und Formen am oberen Ende mit eingebetteten Stickstoff-Fehlstellen-Zentren. Diese Punktdefekte emittierten einzelne Photonen zehnmal wirkungsvoller. Ein weiterer Entwicklungsbereich war die Anwendung von Nanomaterialien auf Lithiumbatterietechnologie. Die Wissenschaftler konnten unter Einsatz einer Vielzahl neu hergestellter Materialien signifikante Verbesserungen in der Leistungsfähigkeit und den Speichereigenschaften demonstrierten. Die Fülle an Fortschritten ergab vier weitere Veröffentlichungen. CARBONNASA war ein einzigartiges interdisziplinäres, mehrere Kontinente umfassendes Forscheraustauschprojekt, das verblüffende Neuentwicklungen auf dem Gebiet der kohlenstoffbasierten Nanomaterialien und Bauelemente der nächsten Generation nach sich zog. Seine Resultate fließen nun überall ein und werden voraussichtlich bedeutende Auswirkungen auf Gebiete wie die Biomedizin, Nanotechnologie, Optoelektronik, Sensoren und Energieerzeugung haben. Mit ihrem breitangelegten Technologieschulungs- und Anwendungsspektrum wird die Projektarbeit den Übergang der EU zu einer wissensbasierten Wirtschaft unterstützen.

Schlüsselbegriffe

Diamanten, CARBONNASA, kohlenstoffbasierte Nanomaterialien, Nanostrukturen, Sensorikanwendungen

Carbon-based Nanomaterials and Nanostructures for Advanced Sensing Applications

Kleine Diamanten mit großen industriellen Auswirkungen

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