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Echtzeitbeobachtungen des Lagenwachstums von Kohlenstoff bei erhöhten Temperaturen

TEM-Halter der Climate-Serie

Zur Herstellung von elektronischen und optischen Bauteilen wird zunehmend die sog. Bottom-Up-Me­thode genutzt. Darunter versteht man den maßgeschneiderten Aufbau von funktionellen Materialien, Atom für Atom. Beispiele hierfür sind Carbon-Nanotubes oder Graphen mit maßgeschneiderten Bandlücken und hohen Elektronenmobilitäten. Die Synthese sol­cher Materialien ist hochempfindlich gegenüber Reaktionsparametern wie Temperatur, verwendeten Präkur­sor­en oder Versuchsdauer. Die erhaltenen Strukturen und Mor­pho­logien bestimmen schließlich die ma­kro­­skopischen Eigenschaften wie Fes­tig­keit, elektrisches, magneti­sches und optisches Verhalten, kataly­ti­sche Leistungsfähigkeit und mehr. Um maßgeschneiderte Materialien für spezi­fi­sche Anwendungen zu synthetisieren sind Einblicke in das Reak­tions­verhalten der Materialien unabdingbar. Solche Einblicke auf atomarer Ebene bieten In-situ-TEM-Experimente zur Echtzeitbeobachtung chemischer Prozesse. Die TEM-Halter der Climate-Se­rie von DENSsolutions ermöglichen das Einbringen von Gas in die Reaktionskammer (Nano-Zelle) bei gleichzeitigem Heizen der Probe. In den hier vorliegenden Experimenten wurde das Wachstum von Kohlenstoff aus der Gasphase (CVD) auf einem Nickelkatalysator untersucht. Hierzu wurde zunächst Nickel auf den MEMS-Chip aufgebracht, auf 650 °C unter H2-Atmosphäre erhitzt und C2H2 (Acetylen) als Präkursor eingeleitet.

Die hochaufgelöste TEM-Untersuchung offenbart einen lagenweisen Wachstums-
mechanismus von Kohlenstoffstrukturen, wobei das Wachstum immer direkt an der Grenzschicht von Nickel und Koh­lenstoff stattfindet. Das in-situ beob­achtete Wachstum von Kohlen­stoff­­schichten auf dem Nickel­kata­ly­sa­tor ist zeitaufgelöst in den Ab­bil­dun­gen 1a bis 1d zu sehen.

Abb. 1a bis d: Zeitlich aufgelöstes Lagenwachstum von Kohlenstoff durch Gasphasenabscheidung auf Nickel bei 650 °C. Pfeile markieren die Wachstumsfront
Abb. 1a bis d: Zeitlich aufgelöstes Lagenwachstum von Kohlenstoff durch Gasphasenabscheidung auf Nickel bei 650 °C. Pfeile markieren die Wachstumsfront

Climate-Halter von DENSsolutions sind schon bald in unterschiedlichen Ausführungen für Trans­mis­sions­elek­tronenmikroskope von FEI und JEOL erhältlich.

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