Innovation

Wir verwenden CNT als Additive für Polymere, wobei sie einer Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit dienen. Für die Hersteller elektronischer Bauteile, die mit der Wärmeableitung in ihren Bauteilen Probleme haben, ist unsere Entwicklung ein Medium, das hohe Wärmeleitfähigkeit, einfache Anwendung sowie perfekte Anpassung an raue Oberflächen bietet.
Im Gegensatz zu anderen Materialien ist es das Ziel Wärmeleitung im Ausmaß von 20 Wm/K zu erzielen. Wir verwenden das Mikro Contact Printing Verfahren (µCP) für die strukturierte und kontrollierte Aufbringung von Nanopartikel-Suspensionen bzw. Sol-Gel-abgeleiteten Systemen, die als Katalysatoren für das strukturierte Aufwachsen von gerichteten CNT über die chemische Gasphasen-Abscheidung (CVD) dienen. Für die Hersteller von Elektronenquellen, die mit der lateralen Kontrolle unzufrieden sind, stellt unsere strukturierte Elektronenquelle auf der Basis individuell anpassbarer CNT Arrays eine Lösung dar.

a: Fe₃O₄-Nanopartikel, b: PDMS-Stempel auf Glasplatte; c: SEM Bild des Stempelabdrucks, d: 4 Proben (10x10mm² Quarzglas) mit strukturiertem Feld im Zentrum, der Umrandung von den Stempelumrissen und einem Kontrolltropfen im rechten oberen Eck.

Zusammenfassung und Ergebnisse

Kohlenstoff Nano-Röhrchen (carbon nanotubes CNTs) waren in den letzten Jahren Ziel intensiver Studien. Wegen ihrer aussergewöhnlichen Eigenschaften ermöglichen sie unterschiedlichste Anwendungen im Bereich der Elektronik (hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, hohe Elektronen Emission) und der Verbundmaterialien (hohe Festigkeit und Flexibilität).
Ein grundsätzliches Problem von Kohlenstoff Nano-Röhrchen (ähnlich wie bei Fullerenen) ist die hohe Variabilität möglicher Strukturen. So kann z.B. ein einwandiges Nano-Röhrchen (single-wall CNT) durch seinen Chiral-Vektor der Information über die Orientierung der aufbauenden Graphit-Schicht beschrieben werden. Nano-Röhrchen mit unterschiedlichen Chiral-Vektoren zeigen unterschiedliche mechanische, chemische und elektrische Eigenschaften. Die Komplexität von Design-Materialien erhöht sich noch durch Mulit-Wall CNT und Nano-Fasern.

Zweigeteilter Fokus dieses Projekts

• Ein Teil befasst ich mit der Herstellung von Verbundstoffen aus Nano-Röhrchen für Anwendungen aus dem Bereich des Wärme-Management. Einheitlich gewachsene, vertikal ausgerichtete Schichten aus CNTs werden in Kunststoffe eingelagert um verschiedenartige Verbundmaterialien zu erzeugen. CNT-Verbundstoffe könnten als wärme-ableitende Unterlagen oder Schmiermittel Anwendung finden und so als Wärme-Senke für hitzeerzeugende elektronische Geräte und Bauteile wie Photo Dioden dienen.
• Der ander Teil des Projektes beschäftigt sich mit dem Wachstum von regelmäßigen Feldern von vertical ausgerichteten CNTs. Die örtliche Definition des Katalysator (für das CNT-Wachstum) wird durch Nanoimprint Lithographie (NIL) oder Mikro-Kontakt Printen (micro-contact printing, μCP) erfolgen. Die bisher verwendete katalytische Chemie für das CNT-Wachstum wird an die Anforderungen des Imprint / Kontakt-Print-Prozesses angepaßt werden. Als zweiter Ansatz werden katalytische Nano-Partikel in bereits erhältliche NIL-Lacke eingebracht, um so die katalytsichen und die NIL-Eigenschaften zu kombinieren.
  Mögliche zukünftige Anwendungen dieser regelmäßigen Felder aus vertikal ausgerichteten CNTs inkludieren Feld-Emmissions-Bauteile, wie Feld-Emissions-Displays und auch nanometerkleine Elektronen-Quellen für Elektronenmikroskopie und Elektronenstrahllithographie, Scanning Probe Tips und Felder zur Gen-Analyse.
  Für beide Teile des Projektes werden die CNTs mittels Hot-Filament Chemical Vapour Deposition (HF-CVD) und Thermischer CVD auf strukturierten oder unstrukturieren katalytisch beschichteten Substraten abgeschieden. Neue Verfahren zur Herstellung von katalytischen Gelen werden getest. Für die Abscheidung der CNTs werden die Wachstumbedingungen optimiert werden. Laut Literatur sollte das Abscheiden von Single-Wall CNTs durch genaue Kontrolle der Gasphase möglich sein.

Die bisher erzielten Ergebnisse zeigen die elektronenmikroskopischen Abbildungen, bei denen die katalytisch wirkenden Fe3O4-Nanopartikel mittels µCP in unterschiedlicher Verdünnung auf Quarzglas-Substrate strukturiert aufgebracht wurden, und als Katalysator für das strukturierte Aufwachsen von CNT´s verwendet wurden.