Nanoaktoren auf der Basis von VO2-Dünnschichten

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Kohl; Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278400745

Dieser Antrag stellt die Erweiterung des Projekts "VO2-Based Thin Film Shape Memory Nanoactuators" dar. Während des vorangegangenen Projekts wurden (V-M)O2 (M=3. Metalle) Dünnschicht-Materialbibliotheken durch kombinatorisches Co-Sputtern synthetisiert und ihre Phasenumwandlungseigenschaften sowie mechanische Eigenschaften durch Hochdurchsatzmethoden charakterisiert. Darüber hinaus wurden neue nanotechnologische Verfahren zur Herstellung von Nanoaktoren auf VO2-Basis mit Abmessungen bis herab zu 100 nm entwickelt. Es wurde ein Größeneffekt bei der Änderung des elektrischen Widerstands bei der Phasenumwandlung des Nanoaktors festgestellt. Unsere Forschung zeigt das große Potenzial von VO2-basierten Bauelementen für elektro-thermomechanisches sowie thermochromes Schalten und Tuning auf der Nanoskala, die den dringenden Bedarf an kompakten multifunktionalen Lösungen auf dem sich schnell entwickelnden Gebiet der Nanophotonik decken könnten. Die Projekterweiterung befasst sich mit dieser Herausforderung und geht weit über den derzeitigen Stand der Technik hinaus, indem sie zwei miteinander verknüpfte Teile kombiniert: Teilprojekt I (RUB) wird bis zu quaternäre (V-M1-M2)O2-Systeme erforschen, um die mechanische Leistung der Schichten (z.B. Dehnungs- und Spannungsänderung) zu verbessern und die Phasenumwandlungseigenschaften maßzuschneidern. Das Formgedächtnisoxid ZrO2 wird zusammen mit VO2 zu dem neuen System (V-Zr)O2 kombiniert, um eine Erweiterung von Spannungsänderung und Arbeitstemperaturbereich von bis zu 200 °C zu erreichen. Basierend auf den neuen Materialsystemen werden im Teilprojekt II (KIT) neuartige Nanoaktor-Designs mit verbesserter Funktionalität und entsprechende Herstellungsverfahren für eine Anpassung der Krümmung aus der Ebene und bistabilen Betrieb entwickelt. Die Anwendung von VO2-basierten Schichten im Bereich der photonischen Wellenleiterschaltung wird auf der Grundlage des elektro-thermo-mechanischen und des thermochromen Effekts sowie alternativer elektrooptischer und rein optischer Konzepte erschlossen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen