Rasterkraftmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der AK Zaumseil beschäftigt sich in erster Linie mit dem Ladungstransport sowie Licht-Materie-Wechselwirkung in verschiedenen kohlenstoffbasierten Halbleitern. Dazu zählen Kohlenstoffnanoröhrchen, kleine Moleküle (im Film und als Einkristall), sowie konjugierte Polymere. Das Rasterkraftmikroskop wird routinemäßig für die Charakterisierung der Topographie von organischen Einkristallen, dünnen Polymerfilmen und gedruckten oder aufgeschleuderten Netzwerken von Kohlenstoffnanoröhrchen genutzt. Insbesondere die Bestimmung der Länge von dispergierten Kohlenstoffnanoröhrchen und deren Netzwerkdichte wird fast täglich und im Rahmen verschiedener Projekte durchgeführt. Die Abhängigkeit der effektiven Ladungsträgerbeweglichkeit von der Netzwerkdichte konnte gezeigt werden. Weiterhin wurde das PeakForce TUNA Modul zur Untersuchung der Ladungsträgerinjektion und Netzwerkleitfähigkeit in lateraler (dünne Filme) als auch vertikaler (dicke Filme, > 100 nm) Richtung genutzt. Mittels Oberflächenpotentialmessungen (Kelvin probe Modul) an organischen Einkristallen konnten außerdem Variationen im Kristallgitter nachgewiesen werden, die keine topographische Signatur sondern nur veränderte Oberflächenpotentiale zeigen. Die Forschung im AK Backes konzentriert sich auf die Untersuchung physikochemischer Eigenschaften und gezielter chemischer Modifizierung von einzelnen Lagen anorganischer Schichtmaterialien. Viele auch natürlich vorkommende anorganische Kristalle sind – ähnlich wie Graphit – aus Schichten aufgebaut, die durch schwache Wechselwirkung zusammen gehalten werden. In den vergangenen Jahren wurden diverse Methoden entwickelt, die einzelnen Schichten voneinander abzulösen u.a. durch nasschemische Verfahren um Dispersionen zu erhalten. In Nanoschicht-Dispersionen, können verschiedene Schichtgrößen und - dicken mittels Zentrifugation erhalten werden. Da die Größe, vor allem die Dicke, die Materialeigenschaften bestimmen, ist eine zuverlässige Bestimmung von Lagenzahl unabdingbar. Eine derartige Quantifizierung der Dimensionen kann durch statistische Rasterkraftmikroskopie (AFM) erzielt werden. Nur durch diese AFM Analyse kann somit quantitativ untersucht werden, welchen Einfluss Lagenzahl und laterale Größe auf die Eigenschaften der 2D Materialien haben. Zudem wird AFM genutzt um die Morphologie von dünnen Filmen aus diesen 2D Bausteinen auch in Kompositen abzubilden, oder Änderungen in der Austrittarbeit nach Funktionalisierung mittels Kelvin Probe Mikroskopie zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Broadband Tunable, Polarization- Selective and Directional Emission of (6,5) Carbon Nanotubes Coupled to Plasmonic Crystals.” Nano Lett. (2016) 16 (5), 3278
Zakharko, Y.; Graf, A.; Schießl, S. P.; Hähnlein, B.; Pezoldt, J.; Gather, M. C.; Zaumseil, J.
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“Self-Assembled Monolayer Dielectrics for Low-Voltage Carbon Nanotube Transistors with Controlled Network Density.” Advanced Materials Interfaces (2016) 3, 1600215
Schießl, S. P.; Gannott, F.; Etschel, S. H.; Schweiger, M.; Grünler, S.; Halik, M.; Zaumseil, J.
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“Aerosol-Jet Printing of Polymer-Sorted (6,5) Carbon Nanotubes for Field-Effect Transistors with High Reproducibility.” Adv. Electron. Mater. (2017) 3 (8), 1700080
Rother, M.; Brohmann, M.; Yang, S.; Grimm, S. B.; Schießl, S. P.; Graf, A.; Zaumseil, J.
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“Dense Carbon Nanotube Films as Transparent Electrodes in Low-Voltage Polymer and All-Carbon Transistors.” Adv. Electron. Mater. (2017) 1700331
Held, M.; Laiho, P.; Kaskela, A.; Gannott, F.; Rother, M.; Kauppinen, E.; Zaumseil, J.
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“Extracting the field-effect mobilities of random semiconducting single-walled carbon nanotube networks: A critical comparison of methods.” Appl. Phys. Lett. (2017) 111 (19), 193301
Schießl, S. P.; Rother, M.; Lüttgens, J.; Zaumseil, J.
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“Gold nanoparticles physicochemically bonded onto tungsten disulfide nanosheet edges exhibit augmented plasmon damping” AIP Advances (2017) 7, 075103
Forcherio, G.T.; Dunklin,, J.R.; Backes, C.; Vaynzof, Y.; Benamara, M.; Roper D.K.
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“Robustness of size selection and spectroscopic size, thickness and monolayer metrics of liquid-exfoliated WS2” Physica Status Solidi B (2017), 254, 170043
Uebericke, L.; .Coleman, J.N, Backes, C.
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“Production of monolayer-rich gold-decorated 2H–WS2 nanosheets by defect engineering” NPJ 2D Materials and Applications (2018), 1, 43
Dunklin, J.R.; Lafargue, P.; Higgins, T.M.; Forcherio, G.T.; Benamara, M.; McEvoy, N.; Roper, D.K.; Coleman, J.N.; Vaynzof, Y.; Backes, C.
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“Vertical Electrolyte-Gated Transistors Based on Printed Single-Walled Carbon Nanotubes.” ACS Applied Nano Materials (2018) 1 (7), 3616
Rother, M.; Kruse, A.; Brohmann, M.; Matthiesen, M.; Grieger, S.; Higgins, T. M.; Zaumseil, J.
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„Spectroscopic Size and Thickness Metrics for Liquid- Exfoliated h-BN” Chemistry of Materials (2018), 30, 1998-2005
Griffin, A.; Harvey, A.; Cunningham, B.; Scullion, D.; Tian, T.; Shih, C.-J.; Gruening, M.; Donegan, J. F.; Santos, E. J. G.; Backes, C.; Coleman, J. N.
