Echtzeitbeobachtungen des Lagenwachstums von Kohlenstoff bei erhöhten Temperaturen
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
Climate-Halter von DENSsolutions sind schon bald in unterschiedlichen Ausführungen für Transmissionselektronenmikroskope von FEI und JEOL erhältlich.
