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Spark Ablation for Nanotube Growth

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Kostengünstige und hochwertige Kohlenstoffnanoröhren

EU-finanzierte Forscher verglichen Kohlenstoffnanoröhren-Syntheseverfahren, um möglichst kostengünstigste hochwertige elektronische Bauelemente entwickeln zu können.

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Kohlenstoffnanoröhren sind ihrer Bezeichnung entsprechend röhrenförmige Kohlenstoffmaterialien mit Durchmessern in der Größenordnung von Nanometern. Die Wände werden von einer einatomigen Lage aus Graphit gebildet und sie treten in Abhängigkeit von Varianten in der Struktur als Metalle oder Halbleiter auf. Einwandige Kohlenstoffnanoröhren sind ein neuer Typ eindimensionaler (1D) Strukturen, die zunehmend Beachtung gefunden haben. Während Daten aus Experimenten und Modellierungen mehr Wissen über die Eigenschaften und Verhaltensweisen einwandiger Kohlenstoffnanoröhren zutage gefördert haben, braucht man nun Verfahren zur kostengünstigen Fertigung und erfolgreichen Einbindung der einwandigen Kohlenstoffnanoröhren in mikroelektronische Produkte. Deshalb starteten europäische Forscher das SPANG-Projekt ("Spark ablation for nanotube growth"). Ziel war die Entwicklung kostengünstiger Verfahren zur Synthetisierung qualitativ hochwertiger einwandiger Kohlenstoffnanoröhren und die Bewertung ihres Einsatzes bei Leiterplatten. Zur Herstellung einwandiger Kohlenstoffnanoröhren stehen etliche Verfahren zur Verfügung. Während die chemische Gasphasenabscheidung und die Kohlenstoff-Lichtbogenentladung relativ kostengünstig sind, produzieren sie jedoch auch mangelhaftes Material, das die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der einwandigen Kohlenstoffnanoröhren beeinträchtigen. Die Forscher wollten nun die Qualität von Nanoröhren vergleichen, die mit drei verschiedenen Verfahren hergestellt wurden. Mit Hilfe der Laserablation konnten lange und nahezu fehlerfreie einwandige Kohlenstoffnanoröhren gefertigt werden. Obgleich eine gute Kontrolle über die Prozessparameter erreicht werden konnte, ist der Durchsatz gering und Laser sind teuer. Kanal-Funkenablation gestattete eine ähnliche Kontrolle und Produktqualität, allerdings bei geringeren Kosten. Das Lichtbogenverfahren erlaubt ähnlich wie die Laserablation eine gute Steuerung, verfügt aber über den wichtigen Vorteil einer kontinuierlichen Bearbeitung gegenüber der Fertigung in Losen. Die SPANG-Forscher verglichen die mit den drei Verfahren hergestellten einwandigen Kohlenstoffnanoröhren mit Hilfe einer Vielzahl von Technologien einschließlich Elektronenmikroskopie, optischer Absorption und Röntgenbeugung. Es wurden umfangreiche Maßnahmen zur Standardisierung getroffen, um die Qualitätskontrolle zu erleichtern. Außerdem untersuchten die Wissenschaftler die Verwendung von Nanoröhrennetzen in Bleiwiderstände und Kondensatoren für Leiterplatten. Die SPANG-Projektergebnisse werden dazu beitragen, den Stand der Technik in Bezug auf die Fertigung und funktionelle Anwendungen einwandiger Kohlenstoffnanoröhren voranzubringen und somit die Entwicklung einer neuen Generation elektronischer Bauelemente erst möglich machen.

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