GRK 2803:  Skalierbare 2D Material Architekturen (2D-MATURE) Synthese und Prozessierung, Charakterisierung und Funktionalität, Implementierung und Demonstration

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik ; Materialwissenschaft ; Physik der kondensierten Materie ; Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik ; Verfahrenstechnik, Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461605777

Zweidimensionale (2D) Materialien mit Graphen und Übergangsmetall-Dichalkogeniden (TMDCs) als prominenteste Vertreter haben außergewöhnliche Eigenschaften, die für eine Vielzahl von elektronischen Anwendungen von großem Interesse sind. Zu den bestehenden Synthese- und Verarbeitungsmethoden im Labormaßstab gehören die chemische Synthese und Exfoliation von mikrometer-großen 2D Flocken mit funktionalisierten Oberflächen, die durch Druck- und Beschichtungstechniken weiterverarbeitet werden können, sowie die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) für Wafer-große, ausgedehnte 2D Materialien, die als synthetisierte Materialien verwendet oder auf beliebige, sogar flexible Zielsubstrate transferiert werden können. Die technologische Umsetzung hinkt jedoch weit hinterher, da sowohl bei den skalierbaren Verarbeitungstechnologien und Bauelementarchitekturen als auch beim grundlegenden Verständnis der damit verbundenen Grenzflächenphänomene eine große Lücke existiert.Das Hauptziel des DFG-Graduiertenkollegs / NSERC Collaborative Research and Training Experience Scalable 2D-Materials Architectures (2D-MATURE) ist es, eine kombinierte Sicht auf skalierbare Synthese- und Verarbeitungswege für 2D Materialeinheiten – 2D Flocken und ausgedehnte 2D Materialien – zu etablieren, ihre unkonventionelle Kombination und Implementierung in anwendungsorientierte, skalierbare Architekturen voranzutreiben und ein tiefgehendes Verständnis der Grenzflächenfunktionalität zu entwickeln, um ihre Anwendbarkeit in exemplarischen elektronischen Bauteilen zu ermöglichen und zu testen.2D-MATURE wird diese Herausforderungen unter zwei Aspekten angehen:i) Durch das Forschungsprogramm wird das Team aus Nachwuchs- und etablierten Wissenschaftler*innen• skalierbare Synthese- und Verarbeitungswege für 2D Materialien mit hoher Ausbeute und Kontrolle entwickeln,• ihre Grenzflächenfunktionalität charakterisieren, verstehen und manipulieren,• die 2D Materialien und ihre Kombinationen in realistische Bauelementarchitekturen implementieren und ihr Potenzial in exemplarischen elektronischen Bauteilen demonstrieren.ii) Durch das Ausbildungsprogramm wird die nächste Generation von Wissenschaftler*innen in einem interdisziplinären, internationalen und intersektoralen Umfeld ausgebildet, das Wissen und Fähigkeiten vermittelt, die von der akademischen Welt und der Industrie am Arbeitsplatz 4.0 sehr gefragt sind.Diese Aufgaben werden von einem Team von Principal Investigators (PIs) aus Elektrotechnik, Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Physik und Chemie der Universität Duisburg-Essen und der University of Waterloo (Kanada) durchgeführt, beides führende Zentren für Nanotechnologieforschung mit einer langen Tradition der Verbindung von Grundlagen- und Ingenieurwissenschaften. Das Team wird durch einen PI der RWTH Aachen ergänzt. 2D-MATURE wird die Expertise und die Einrichtungen dieser Institutionen nutzen und bestehende Partnerschaften mit industriellen Einrichtungen weiterentwickeln.

• DFG-Verfahren: Internationale Graduiertenkollegs
• Internationaler Bezug: Kanada
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• IGK-Partnerinstitution: University of Waterloo
• Sprecher: Professor Dr. Gerd Bacher
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Michael Horn-von Hoegen; Professor Dr. Peter Kratzer; Professor Dr. Axel Lorke; Professorin Dr. Franziska Muckel; Professorin Dr. Rossitza Pentcheva; Professorin Dr. Marika Schleberger; Professor Dr. Christof Schulz; Professorin Dr.-Ing. Doris Segets; Professor Dr.-Ing. Andrei Vescan; Professor Dr. Hartmut Wiggers
• Sprecher (IGK-Partner): Professor Dr. Michael Pope