Herstellung von Graphenschichten
Graphen ist eine grundlegende physikalische Form von Kohlenstoff, die aus Schichten von Atomen in einer hexagonalen Wagenstruktur besteht. Obwohl das Material gezüchtet werden kann, bleibt es schwierig und bringt nur geringe Erträge, lange, durchgängige nanoskalige Blätter herzustellen. Das EU-geförderte Projekt CAMGRAPH (Catalysis driven manufacture and patterning of graphene at the nanoscale using probe technologies) wollte wirksame neue Verfahren entwickeln. Ziel war es, die Herstellung von nanoskaligen 3D-Blättern aus Graphen zu ermöglichen. Dünnfilmabscheidungstechniken ermöglichten das Katalysieren von festen Kohlenstoffquellen. Die Technik ist sauber, skalierbar und sicher. Das Konsortium entwickelte zunächst eine Methode mit einem Sputterabscheidungsverfahren, dem eine Wärmebehandlung folgt. Beim Sputtern wird das Material aus einer festen Quelle mithilfe von Strahlen aus hochenergetischen Teilchen zerstäubt. Das Ergebnis war ein Verfahren zur Beschichtung nanoskaliger Oberflächen mit mehreren Schichten von Graphen. Die Teammitglieder optimierten den Prozess, um die Abscheidung von mehreren durchgängigen Schichten auf unebenen Oberflächen zu gewährleisten. Auf diese Weise identifizierten die Techniker den besten Metallkatalysator und optimierten jeden einzelnen Teilprozess. Die Gruppe nutzte funkgestütztes Sputtern, um Kohlenstoff- und Katalysatorschichten direkt auf Siliziumsubstraten sowie auf Rasterkraftmikroskopie-Cantilever aufzutragen. Nach komplexen Verifikationsschritten zeigten die Arbeiten, dass die Technik sauber und reproduzierbar ist und dass sich mit ihr lange, durchgängige Bahnen herstellen lassen. Der wichtigste Faktor ist die Skalierbarkeit des Verfahrens. Phase zwei der Forschung umfasste die Charakterisierung des Systems mithilfe verschiedener Formen von Mikroskopie. Zu den Schwerpunkten gehörten Wachstumseigenschaften, Filmaufbau und Adhäsionskräfte. So war das Projekt darauf ausgerichtet, Graphen in der Zielform zu liefern. Das innovative Verfahren von CAMGRAPH für die Herstellung von nanoskaligen Graphenschichten könnte auf diverse nanoskalige industrielle Prozesse anwendbar sein. Dazu gehören technische molekulare elektronische Bauelementen in Nanogröße und bio-funktionalisierte Oberflächen.
Schlüsselbegriffe
Graphene, nanoskalig, 3D, Folien, Sputterabscheidung
