Fakultät für Physik

Kohlenstoffverbindungen

Die in der Arbeitsgruppe von Prof. Buck laufenden Arbeiten im Bereich der Synthese nanokristalliner bordotierter Diamantschichten als Modellsystem für thermoelektrische Anwendungen wurden weitergeführt. So wurde eine Apparatur zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit dünner Schichten und Schichtsysteme aufgebaut. Das Messprinzip basiert auf der 3-Omega-Methode und ist über einen weiten Temperaturbereich von bis zu 850 Grad Celsius anwendbar. Neben der Wärmeleitfähigkeit, welche sowohl parallel als auch senkrecht zur Schichtebene bestimmt werden kann, können hierbei auch Informationen über die Dichte und Wärmekapazität der Schicht mittels spektroskopischer Interferenz-Messung thermischer Wellen gewonnen werden.

Graphen: Die Arbeiten zur Synthese von Graphen mittels Mikrowellen-Plasma CVD wurden weitergeführt; das Nanomaterial Graphen qualifiziert sich z.B. als exzellenter Protonenleiter und ultradünnes Barrierematerial gegenüber anderen Ionen und Molekülen mit einer herausragenden mechanischen Stabilität zu einer idealen Membrankomponente. Dazu wurden bereits erste Arbeiten unter Verwendung der PECVD-Methode für die Synthese von hochqualitativem Graphen unternommen. Graphenschichten wurden auf Metallsubstraten abgeschieden, wobei eine exzellente Kontrolle über die strukturellen Eigenschaften des Graphens im Material ausgeübt werden konnte. Die monolagigen polykristallinen Graphenschichten wurden anschließend auf SiO2 und auf Nafion für elektrochemische Untersuchungen transferiert.

Carbon Nano Walls (CNWs): Es konnten mittels Argon als Trägergas für den Precursor Al(acac)3 carbon nanowall-Schichten auf Aluminium-, Edelstahl-, Nickel- und Siliciumsubstraten erzeugt werden. Durch Variation von Substrattemperatur und BIAS-Spannung konnten Schichten unterschiedlicher Morphologien abgeschieden werden. Anhand der erlangten Erkenntnisse wurde ein möglicher Wachstumsmechanismus diskutiert.

Spin-Zentren (NV-Zentren) in hochreinem Diamant: Einen weiteren Forschungsschwerpunkt der AG bildet das durch MERCUR im Rahmen der UAR geförderte Kooperationsprojekt zur „Erzeugung und Untersuchung oberflächennaher Spin-Zentren in hochreinem Diamant”. Das in diesem Projekt untersuchte Spin-Zentrum ist die Stickstoff-Fehlstelle, deren Spin mit Kohärenzzeiten von bis zu 1,8 ms bei Raumtemperatur ein vielversprechendes technisch nutzbares Quantensystem darstellt. Untersucht wird der Einfluss des Abstands zur Oberfläche auf die Eigenschaften-insbesondere die Kohärenzzeit. Die Vorteile gegenüber anderen technisch genutzten Quantensystemen liegen in der vergleichsweise einfachen Präparation und Manipulation. Diamanteinkristalle mit signifikant besserer Reinheit als kommerziell erhältliche electronic grade (N < 5 ppb) konnten bereits erzeugt werden.

Oberflächenmodifikation kohlenstoffhaltiger Bipolarplatten: Bipolar-Platten aus Kohlenstoff und Polypropylen, zur Anwendung in der Brennstoffzellentechnologie, weisen durch Plasmabehandlung deutlich verbesserte Eigenschaften bezüglich des Kontaktwiderstandes auf. Verantwortlich dafür sind neben dem Plasmaätzen des Polypropylens vor allem die Änderung des Graphits durch Entfernen nanokristalliner Strukturen, wodurch die Leitfähigkeit auf Grund der verminderten Anzahl von Korngrenzen verbessert wird. Die besten Ergebnisse konnten hierbei mit sauerstoffhaltigen Gasen erreicht werden.