Lokale In situ-Raman-Analyse der Gas- und Feststoffphase zum Verständnis des katalytischen Wachstumsprozesses von Kohlenstoff-Nanoröhren

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alfred Leipertz; Professorin Dr.-Ing. Nadejda Popovska-Leipertz
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 42164282

In der ersten Projektphase wurde eine Strategie zur simultanen in situ Analyse der Gasphasenzusammensetzung und der Gasphasentemperatur entwickelt, die während der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) von Kohlenstoff- Nanoröhren (CNTs) eingesetzt wurde. Die CNTs wurden dabei auf einem Si/SiO2- wafer abgeschieden, der mit Eisen-Nanopartikeln als Katalysator für die CNT-Bildung beschichtet ist. Die Messstrategie basiert auf der spontanen linearen Raman Streuung in der Gasphase. Die hergestellten CNTs wurden ex situ durch die Rasterelektronenmikroskopie (REM) und die Raman Spektroskopie charakterisiert.Das Ziel der zweiten Projektphase ist es, den Zersetzungsmechanismus der Kohlenstoffquelle zu untersuchen indem verschiedener Einflussparameter variiert werden. Entsprechend der Vorversuche sind die zu variierenden Parameter, das Wafermaterial (Si/SiO2 sollte durch Al2O3 und MgO ersetzt werden), die Wasserstoff- Konzentration und die Kohlestoffquelle (Acetylen sollte von einem Alkohol ersetzt werden). Das Endziel ist die linearen Raman-Spektroskopie für die simultane Analyse der Gas- und Feststoffphase während der CVD von CNTs zu kombinieren. Dies ermöglicht die gleichzeitige Messung der Gasphasenzusammensetzung und der Gasphasentemperatur sowie die Messung der Eigenschaften der CNTs (Feststoffphase) mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Somit kann die Zersetzung der Kohlenstoffquelle und deren Auswirkungen auf die Gasphasentemperatur und auf das CNT Wachstum als eine Funktion der Zeit verfolgt werden. Darüber hinaus wird die Charakterisierung der resultierenden CNTs ex situ über REM und Raman Spektroskopie zur Validierung durchgeführt werden.Diese umfassenden Untersuchungen über die Bildung von CNTs werden das Verständnis der CNTs Keimbildung- und des Wachstumsmechanismus erweitern, und zum ersten Mal die Reaktionsschritte im Innern des Reaktors experimentell beleuchten können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen