Untersuchung des Einflusses von Defekten auf die nanomechanischen Eigenschaften von Graphen mittels Multifrequenz-Rasterkraftmikroskopie

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Christian Dietz
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407750697

In diesem Forschungsvorhaben soll eine Methode entwickelt werden, die die mechanischen Probeneigenschaften sowohl entlang der Oberfläche als auch senkrecht zu ihr visualisiert. Dafür soll eine multifrequente Messmethode basierend auf der Rasterkraftmikroskopie (eng.: atomic force microscopy, Abk.: AFM) realisiert werden, bei der die topographische Regelung, wie im intermittierenden Kontaktmodus, auf der konstanten Amplitude der Biegeschwingung des Biegebalkens (eng.: Cantilever) beruht. Zusätzlich sollen eine zweite Biegeschwingung und eine Torsionsschwingung des Cantilevers photothermischer angeregt werden. Über die Frequenzverschiebungen und die Anregungsamplituden können dann die elastischen und dissipativen mechanischen Eigenschaften senkrecht zur und entlang der Probenoberfläche ausgelesen werden. Die Methode soll auf Graphen Anwendung finden, um die nanomechanischen Eigenschaften entlang der Basalebene dieses außergewöhnlichen Materials zu ermitteln. Die Veränderung der mechanischen Eigenschaften durch künstlich erzeugte Defekte ist auf diese Weise direkt zugänglich und Gegenstand der Untersuchung. Es sollen insbesondere folgende Fragen adressiert werden: Wie ändert sich das lokale Elastizitätsmodul von Graphen durch das gezielte Einbringen von sp3-Defekten bzw. Leerstellen? Kann ein Zusammenhang zwischen den nanoskopischen und den mikroskopischen mechanischen Eigenschaften von Graphen hergestellt werden? Dies ist besonders wichtig zur Einschätzung der Tauglichkeit von Graphen in elektronischen oder mechanischen Bauteilen. Es soll auch eruiert werden, ob sich die mechanischen Eigenschaften von Defekten aufgrund der Alterung der Probe unter bestimmten Umgebungsbedingungen ändern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen