ISBN 978-3-8439-0098-0

978-3-8439-0098-0, Reihe Mikrosystemtechnik

Martin Sussiek
Kohlenstoff-Nanoröhren als Funktionsmaterial in der Mikrosystemtechnik

141 Seiten, Dissertation Technische Universität Hamburg-Harburg (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorgelegte Arbeit befasst sich mit der Einbringung und Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren als Funktionsmaterial in Mikrosystemen.

Einleitend werden die Struktur und Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhren behandelt und verbreitete Syntheseverfahren vorgestellt. Besonderes Augenmerk wird auf die im Rahmen dieser Arbeit verwendete katalytische Abscheidung aus der Gasphase zur Synthese der Kohlenstoff-Nanoröhren gelegt. Aufgrund des entscheidenden Einflusses der Katalysatorschicht auf die Nanoröhrensynthese werden die Grundlagen der Abscheidung dünnster Schichten diskutiert.

Im experimentellen Teil der Arbeit wird ein selektiver Abscheideprozess für Kohlenstoff-Nanoröhren eingesetzt, der sich hervorragend in gewöhnliche Prozessabläufe der monolithischen, Silizium-basierten Mikrosystemtechnik integrieren lässt. Hierbei werden unterschiedliche Materialien und Abscheidemethoden zur Herstellung der Katalysatorschicht untersucht. Ausführliche Analysen der Oberfläche der Katalysatorschicht geben wertvolle Einblicke in die Strukturveränderungen während der Katalysatorvorbehandlung. Sie zeigen die Abhängigkeit der Nanoröhrensynthese von der Art der Vorbehandlung und bestätigen deren Notwendigkeit.

Durch die einfache Strukturierung der Katalysatorschicht mittels Lift-Off wird eine selektive Beschichtung des Substrats mit einem Nanoröhren-Wald erreicht. Durch das gewählte Syntheseverfahren wird eine Beschichtung der nicht mit Katalysator bedeckten Flächen unterbunden. Die Charakterisierung der synthetisierten Kohlenstoff-Nanoröhren zeigt ihre hohe Kristallinität und nur geringe Ablagerungen amorphen Kohlenstoffs. Sie sind dadurch auch ohne Nachbehandlung zur funktionalen Verwendung in Mikrosystemen hervorragend geeignet.

Als beispielhafte Anwendungen werden Trennsäulen und Probenanreicherungssysteme für einen miniaturisierten Gaschromatographen realisiert. Der vorgeschlagene selektive Abscheideprozess bewährt sich in der Kombination mit den teilweise sehr anspruchsvollen Prozessabläufen und überzeugt durch seine Robustheit. Die Trennergebnisse und die erzielten Anreicherungsfaktoren der hergestellten Systeme zeigen die hervorragende Eignung der Kohlenstoff-Nanoröhren als Adsorbens.