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Zweidimensionale Kristalle und Kohlenstoff-basierte Nanostrukturen
Gerd Plechinger, Philipp Nagler, Maike Halbhuber, Tobias Korn, Christian Schüller
(a) Graphene ist eine Monolage von sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen und damit eine ideale 2-dimensionale Struktur. Zur Herstellung werden dünne Graphitschichten mit Klebeband auf ein Trägermaterial geklebt, nach dem Abziehen des Klebebands bleiben lokal kleine Graphene-Flocken auf dem Trägermaterial. Über optische Interferenzeffekte sind sie im Lichtmikroskop zu identifizieren und von dickeren Flocken zu unterscheiden (Lichtmikroskopbild J. Eroms, AG Prof. Dr. D. Weiss).
(b) Kohlenstoff-Nanoröhrchen entstehen durch Aufrollen einer Graphene-Schicht und bilden somit ideale 1-dimensionale Systeme. Sie können bei der Herstellung mit chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) gezielt an Katalysten abgeschieden werden. (Rasterelektronenmikroskopbild D. Preusche, AG Prof. Dr. C. Strunk)
(c) Mit Raman-Spektroskopie ist die Unterscheidung von Graphene-Monolagen (Monolayer) und Doppellagen (Bilayer) schnell und zerstörungsfrei möglich. Aufgrund der Unterschiede in den Bandstrukturen von Monolayer und Bilayer gibt es beim Monolayer nur eine Möglichkeit für einen resonanten Zwei-Phononen-Raman-Prozess, bei Bilayer bestehen vier Möglichkeiten, die zu leicht unterschiedlichen unterschiedlichen Energien im Raman-Signal führen.
(d)Die Frequenz der Atemschwingung eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens ist eine Funktion des Durchmessers. In Raman-Spektren lassen sich Kohlenstoff-Nanoröhrchens anhand dieser Frequenz unterscheiden.
sp2-hybridisierte Kohlenstoff-Atome bilden die Grundlage für eine Vielzahl von Nanostrukturen: quasi-eindimensionale Kohlenstoff-Nanoröhrchen, quasi-nulldimensionale Moleküle (Fullerene), und zweidimensionale Monolagen (Graphene). Durch die Änderung der Dimensionalität werden sowohl die elektronische Bandstruktur als auch die Schwingungsmoden drastisch beeinflusst. Ortsaufgelöste Raman-Spektroskopie erlaubt es, diese Nanostrukturen zerstörungsfrei zu charakterisieren. Anhand der beobachteten Phononenenergien können z.B. Monolayer und Bilayer von Graphene leicht unterschieden werden. Die Oszillationsfrequenz der Atemschwingung eines Kohlenstoff-Nanoröhrchens ermöglicht die Bestimmung des Röhrchendurchmessers, zusätzlich lassen sich ein- und mehrwandige Röhrchen unterscheiden.
 
Letzte Änderung: 29.03.2016 von Webmaster