Untersuchung des Einflusses von Defekten auf die nanomechanischen Eigenschaften von Graphen mittels Multifrequenz-Rasterkraftmikroskopie
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem Projekt wurde eine vielseitig anwendbare nanomechanische Charakterisierungsmethode basierend auf der multifrequenten Rasterkraftmikroskopie entwickelt und umfangreich auf Graphen- und Graphitoberflächen erprobt. Mit der Methode lassen sich Kräfte auf der atomaren Skala sowohl senkrecht als auch entlang der Probenoberfläche quantifizieren. Die Methode eignet sich auch zur Bestimmung der lokalen elastischen Konstanten von Graphen und Graphit unter Verwendung der lateralen Schwingungsmoden und zur Reibungsanalyse unter Verwendung der torsionalen Schwingungsmoden. Bei den Analysen der Graphenproben wurde eine Anreicherung einer Vielzahl von Adsorbaten auf der Oberfläche festgestellt, die sich im Laufe der Lagerungszeit verstärkt. Die Adsorbate ließen sich teilweise durch Erhitzen der Probe und durch Sauerstoffplasmabehandlung entfernen. Aufgrund der unterschiedlichen Wechselwirkungsmechanismen („in-plane" und „out-of-plane") der Moleküle mit der Oberfläche geben diese unterschiedlichen Kontrast in den einzelnen Abbildungskanälen, wodurch sich die Methode zukünftig zur Ermittlung lokaler Fingerabdrücke von Molekülarten nutzen lassen könnte. Die Methode birgt ein großes Potenzial für die zukünftige Bewertung von Graphen in Nanogeräten, bei denen lokale Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften, z. B. bedingt durch Defekte oder Adsorbate, eine große Rolle spielen Aufgrund der starken Ablagerung von Adsorbaten auf den Graphen/Graphit-Proben auch schon nach sehr kurzer Zeit, war es im Laufe des Projektes nicht möglich einzelne Defekte mechanisch zu charakterisieren. Da es sich jedoch nur um eine kleine Diskrepanz zwischen dem ursprünglich geplanten Forschungsvorhaben und den erreichten Zielen handelt und dennoch ein sehr großer Kenntnisgewinn über Graphenoberflächen und die dazugehörigen mechanischen Eigenschaften mit den entwickelten Methoden erzielt wurde, stufen wir das Projekt als erfolgreich ein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Simultaneous Deconvolution of In‐Plane and Out‐of‐Plane Forces of HOPG at the Atomic Scale under Ambient Conditions by Multifrequency Atomic Force Microscopy. Advanced Materials Interfaces, 8(20).
Eichhorn, Anna L. & Dietz, Christian
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In-plane and out-of-plane interaction analysis of adsorbates on multilayer graphene and graphite by multifrequency atomic force microscopy. Carbon, 200 (2022, 11), 124-133.
Eichhorn, Anna L.; Hoffer, Marvin & Dietz, Christian
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Torsional And Lateral Eigenmode Oscillations For Atomic Resolution Imaging Of HOPG In Air Under Ambient Conditions. (2022, 2, 17). American Geophysical Union (AGU).
Eichhorn, Anna L. & Dietz, Christian
