Sortieren von Kohlenstoff Nanoröhren

Kohlenstoff Nanoröhren werden als heiße Kandidaten für zukünftig Technologien angesehen. Einzigartige elektronische Eigenschaften liegen in der prinzipiellen Möglichkeit sowohl halbleitende als auch metallische Strukturen zu erzeugen. Alle bisher bekannten Syntheseverfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren sind jedoch nicht in der Lage selektiv Röhren mit nur einer speziellen elektrischen Leitfähigkeit zu generieren. Das ist für die Realisierung vieler Anwendungen jedoch ausschlaggebend. Im vorliegenden Projekt werden wir die Möglichkeiten des Sortierens von Kohlenstoff-Nanoröhren in einem zusätzlichen Schritt nach der abgeschlossenen Synthese untersuchen. Das Sortieren wird in der Gas-phase, d.h. an freien Strahlen von Nanoröhren durchgeführt werden. In einem ersten Schritt innerhalb des Projekts wird die Erzeugung eines solchen freien Strahls von Nanoröhren realisiert und optimiert. Die gewählte Technik ist eine gepulste Laser-Desorption. Die Nanoröhren befinden sich vereinzelt in einer Eis-Matrix, welche durch den Laserpuls aufgelöst wird. Durch Stöße mit einem überschallexpandierenden Argon-Gasstrahl wird der Nanorohrstrahl ausgerichtet wird. In Vorexperimenten in Wien haben wir bereit beobachtet, dass diese Technik zur Generierung von Strahlen von Kohlenstoff-Nanoröhren geeignet ist. Zunächst wurden meist lose Netzwerke von einzelnen Nanoröhren beobachtet. Die Strahlbildung soll zur Erzeugung von individuellen nanoröhren optimiert werden. In einem weiteren Teilschritt des Projekts können nun Nanoröhren im Gasstrahl sortiert und manipuliert werden. Das Sortieren wird in einem 3-Gitter Moirè Deflektometer durchgeführt werden. Frei fliegende Nanoröhren werden aufgrund ihrer statischen Polarisierbarkeit, genauer ihres Polarisierbarkeit zu Masse Verhältnisses (a/m), im Deflektometer abgelenkt. Dieses Verhältnis ist stark von den elektronischen Eigenschaften der Röhren abhängig - metallische und halbleitende nanoröhren unterscheiden sich um 1-2 Größenordnungen. Der Gitteraufbau ermöglicht die Trennung mit einer höheren Auflösung in a/m. Auch das Ausrichten einzelner Nanoröhren in der Gas-phase ist aufgrund der großen Polarisierbarkeiten möglich. Mit externen z.B. optischen Feldern können Röhren mit gezielter Orientierung auf Substraten abgeschieden werden. Eine solche Manipulation ist für Anwendungen von Nanoröhren als opto-elektronische Bauteile interessant. Die Gasphasentechnik ist kompatibel mit heutiger Mikrotechnologie, da die Nanorohrstrahlen prinzipiell hoch rein sein können. Solche Anwendbarkeiten sollen im letzten Teil des Projekts untersucht werden. Die Charakterisierung der getrennten und ausgerichteten Nanoröhren muss mit einer Methode geschehen, die Einzel-Röhren-Sensitivität hat. Einzelne Nanoröhren müssen gezielt optisch auf ihre elektronischen Eigenschaften hin untersucht werden. Dies kann mit optischer Nahfeld-Spektroskopie geschehen. Diese Methode ist in Lage Objekte mit einer Ortsauflösung von unter 10 nm zu analysieren. Daher soll im Rahmen dieses Projekts die optische Nahfeld-Spektroskopie an der Universität Wien aufgebaut werden.