Elektrische und mechanische Eigenschaften freistehender Membranen aus organisch vernetzten Metall-Nanopartikeln: Bedeutung von Ordnung und Unordnung

• Antragsteller: Dr. Tobias Vossmeyer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263968789

Freistehende Nanomembranen sind 2D-Materialien, die typische Schichtdicken von ca. 1-100 nm aufweisen und nicht an ein festes Substrat gebunden sind. Aufgrund vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten, die von flexibler Elektronik über neuartige Sensor- und MEMS-Elemente bis hin zu hoch effizienten Filtern und biomedizinischen Produkten reichen, haben solche Membranen in den vergangenen Jahren beachtliche Aufmerksamkeit erhalten. In diesem Projekt sollen elektrisch leitende Nanomembranen aus kovalent vernetzten Gold-Nanopartikeln präpariert und charakterisiert werden. Da der Ladungstransport in diesen Membranen auf dem Tunneln von Ladungsträgern zwischen benachbarten Nanopartikeln beruht, sollten schon geringfügige Variationen der Nanopartikelabstände zu signifikanten Änderungen der Leitfähigkeit führen. Somit sollte der Dehnungszustand der Membranen durch einfache Widerstandsmessungen extrem empfindlich messbar sein. Auf der Grundlage bisheriger Ergebnisse wird jedoch erwartet, dass die Empfindlichkeit des Ladungstransportes gegenüber mechanischer Beanspruchung insbesondere von der Ordnung der Partikel diktiert wird. In Hinblick auf potentielle Anwendungen als MEMS-Komponenten und Sensorelemente soll daher die Frage untersucht werden, inwiefern Ordnung und Unordnung die mechanischen und mechanisch-elektrischen Eigenschaften solcher Membranen kontrollieren. Hierfür soll zunächst ein Verfahren entwickelt werden, dass die Präparation hoch geordneter und kovalent vernetzter Nanopartikelmembranen ermöglicht. Die kovalente Vernetzung der Partikel ist notwendig, um die erforderliche mechanische Belastbarkeit der Membranen zu gewährleisten. Im weiteren Projektverlauf werden die mechanischen Eigenschaften und mechanisch-elektrischen Eigenschaften der Membranen durch statische und dynamische Dehnungsmessungen analysiert. Um die Ergebnisse mit den relevanten Strukturparametern korrelieren zu können, soll die Ordnung der Partikel sowie ihre Störung und Reorganisation bei mechanischer Beanspruchung durch in situ SAXS-Messungen charakterisiert werden. Die generierten Datensätze werden schließlich genutzt werden, um das Potenzial vernetzter Nanopartikel-Membranen für Anwendungen als hoch empfindliche mechanisch-elektrische Signalwandler und neuartige MEMS-Elemente beurteilen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Andreas Meyer