UHV Sputteranlage

• Subject Area: Materials Engineering
• Term: Funded in 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 269836337

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Am Lehrstuhl für Korrosion und Oberflächentechnik (LKO) der Friedrich-Alexander Universität wird die UHV Sputteranlage zur Abscheidung von metallischen oder nicht metallischen Schichten auf unterschiedlichen Substraten aller Art (z.B. Si-wafer, FTO/ITO, Gläser oder nanostrukturierten Oberflächen) verwendet. Diese erzeugten Schichten dienen als Ausgangsbasis für die weitere Forschung des Lehrstuhls auf dem Gebiet der elektrochemischen Nanostrukturierung von Oberflächen in der solaren Energieumwandlung, selbstreinigenden Oberflächen und der Batterietechnologie. Je nach Bedarf kann die Sputteranlage in unterschiedlichen Modi operiert werden, wie z.B. DC-Sputtern für metallische Targets, RF-Sputtern für nichtleitende bzw schlechtleitende Targets, HIPIMS-Bedingungen zur Erzeugung besonders kompakter Schichten oder Reaktivgassputtern. Zusätzlich kann die Schichteigenschaft (Dichte, Haftung,...) maßgeblich durch Heizen bzw. Kühlen des Substrates während des Abscheidungsprozesses beeinflusst werden. Die Anlage erlaubt es auch, komplexere Materialsysteme wie Legierungen, Dünnschichtmultilagen oder Gradienten in der Materialzusammensetzung zu erzeugen. Ein aktuelles Forschungsfeld am LKO, indem die UHV-Sputteranlage am Lehrstuhl zum Einsatz kommt, ist die Herstellung von extrem dünnen Titandioxidoberflächen mit niedriger Rauigkeit und einstellbarer Kristallinität (amorph, anatas, rutil). Hierbei zeigte sich, dass das verwendete Substratmaterial entscheidenden Einfluss auf die Abscheideparameter hat, um Schichten mit gewünschter Qualität und Kristallinität zu erzeugen. Diese so erzeugten komplexen Modelsysteme dienen zur Erforschung des Benetzungsverhalten von Oberflächen, plasmonischer Effekte und der Untersuchung der photoelektrochemischen Eigenschaften. Eine weitere Anwendung der Sputteranlage ist die Erzeugung von homogenen Legierungssystemen, die mit konventionellen Methoden (Schmelzen) auf Grund von Mischungslücken nicht möglich sind, als Ausgangspunkt für die weitere elektrochemische Nanostrukturierung zur Erzeugung von Materialien mit völlig neuen Eigenschaften. Als besonderes Beispiel ist hier das Systeme Titan-Gold zu nennen, das durch sogennantes Co-Sputtern hergestellt wurde. Die daraus erzeugten Gold modifizierten TiO2 Nanoröhren zeigten erheblich verbesserte Eigenschaften in der Wasserstofferzeugung aus H2O mittels Sonnenlicht.

Publications

• Double‐Side Co‐Catalytic Activation of Anodic TiO2 Nanotube Membranes with Sputter‐Coated Pt for Photocatalytic H2 Generation from Water/Methanol Mixtures. Chemistry – An Asian Journal, 12(3), 314-323.
  Cha, Gihoon; Altomare, Marco; Truong Nguyen, Nhat; Taccardi, Nicola; Lee, Kiyoung & Schmuki, Patrik
  
• Templated dewetting: designing entirely self-organized platforms for photocatalysis. Chemical Science, 7(12), 6865-6886.
  Altomare, Marco; Nguyen, Nhat Truong & Schmuki, Patrik
  
• Thin MoS2 on TiO2 nanotube layers: An efficient co-catalyst/harvesting system for photocatalytic H2 evolution. Electrochemistry Communications, 73, 33-37.
  Zhou, Xuemei; Licklederer, Markus & Schmuki, Patrik
  
• Anodic TiO2 nanotube membranes: Site-selective Pt-activation and photocatalytic H2 evolution. Electrochimica Acta, 258, 302-310.
  Cha, Gihoon; Schmuki, Patrik & Altomare, Marco
  
• Site-selective Pt dewetting on WO3-coated TiO2 nanotube arrays: An electron transfer cascade-based H2 evolution photocatalyst. Applied Catalysis B: Environmental, 237, 198-205.
  Spanu, Davide; Recchia, Sandro; Mohajernia, Shiva; Schmuki, Patrik & Altomare, Marco
  
• Composition Gradients in Sputtered Ti–Au Alloys: Site-Selective Au Decoration of Anodic TiO2 Nanotubes for Photocatalytic H2 Evolution. ACS Applied Nano Materials, 2(6), 4018–4025.
  Hejazi, Seyedsina; Altomare, Marco; Mohajernia, Shiva & Schmuki, Patrik
  
• Dewetted Au Nanoparticles on TiO2 Surfaces: Evidence of a Size-Independent Plasmonic Photoelectrochemical Response. The Journal of Physical Chemistry C, 123(27), 16934-16942.
  Licklederer, Markus; Mohammadi, Reza; Nguyen, Nhat Truong; Park, Hyoungwon; Hejazi, Seyedsina; Halik, Marcus; Vogel, Nicolas; Altomare, Marco & Schmuki, Patrik
  
• Intrinsic Au-decoration on anodic TiO2 nanotubes grown from metastable Ti–Au sputtered alloys—High density co-catalyst decoration enhances the photocatalytic H2 evolution. Applied Materials Today, 14, 118-125.
  Hejazi, Seyedsina; Altomare, Marco; Nguyen, Nhat Truong; Mohajernia, Shiva; Licklederer, Markus & Schmuki, Patrik