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Professur für Angew. Phys. Chemie und Molekulare Nanotechnologie
Prof. Dr. Andrey Turchanin
Kohlenstoff-Nanomembranen (CNMs) sind synthetische
zweidimensionale Materialien mit maßgeschneiderten physi-
kalischen und chemischen Eigenschaften. Aufgrund ihrer
sehr geringen Schichtdicken von nur einer molekularen Mo-
nolage (~1 nm) können sie als „Grenzflächen ohne Volumen“
bezeichnet werden. Die CNMs haben ein hohes Einsatzpo-
tential in Grundlagenforschung und Nanotechnologie als
ultradünne Filme, die elektrische und optische Eigenschaften,
Transportcharakteristiken oder Biokompatibilität von Mate-
rialien an der Grenzfläche zwischen den gasförmigen, flüssi-
gen oder festen Phasen steuern können. Im Rahmen des
durch die EU geförderten Projekts „Graphene Flagship“ ent-
wickeln wir Methoden zur Herstellung und Implementierung
von CNMs in funktionalen Anwendungen. Im ersten Schritt
wird eine selbst-organisierte Monolage aus aromatischen
Präkursor-Molekülen auf einem festen Substrat gebildet.
Durch die Bestrahlung mit Elektronen oder Photonen wer-
den deren Moleküle vernetzt und in eine CNM umgewan-
delt. Die Eigenschaften der CNMs lassen sich durch die Wahl
Abb. 2 (links). Schematische
Darstellung der CNM-
Herstellung und Helium-
Mikroskop-Aufnahme
einer CNM [1].
Abb. 3 (rechts). Perforierte
CNM mit 1 nm Schichtdicke, die
als ein ultimativ dünnes
Molekular-Interferometer
eingesetzt wurde [2].
Forschungsschwerpunkte
Organische selbstorganisierte Monoschichten
Elektronenstrahlinduzierte chemische Reaktionen
Kohlenstoff-Nanomembranen mit atomaren Schichtdicken
Graphen und andere neuartige zweidimensionale (2D) Materialien
Kohlenstoffbasierte elektronische Bauteile für Nanosensorik und Energiespeicherung
Biofunktionelle Grenzflächen und Oberflächen
Nanolithographie, Ultramikroskopie und Nanofiltration
62 — FORSCHUNG
Kohlenstoff-Nanomembranen
der Präkursor-Moleküle einstellen [1] (Abb. 1). Es ist auch
möglich, die CNMs z. B. durch Perforation mit Ionenbe-
schuss [2] (Abb. 2) oder Anbindung anderer Moleküle [3] zu
modifizieren. Anschließend können CNMs durch ein einfa-
ches Verfahren auf verschiedene Substrate transferiert wer-
den, wo sie als bioaktive Träger für hochauflösende Trans-
missionselektronen-Mikroskopie, Masken für Nanolithogra-
phie, Siebe für Nanofiltration, Janus Nanomembranen, neu-
artige 2D-Hybridmaterialien oder Elemente der elektroni-
schen oder optoelektronischen Bauteilen verwendet wer-
den können.
[1] Angelova P., et al. (2013): A universal scheme to convert aromatic
molecular monolayers into functional carbon nanomembranes. ACS Nano,
DOI: 10.1021/nn402652f.
[2] Brand C., et al. (2015): An atomically thin matter-wave beam splitter.
Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/nnano.2015.179.
[3] Zheng Z., et al. (2015): Hybrid van der Waals heterostructures of zero-
dimensional and two-dimensional materials. Nanoscale. DOI: 10.1039/
C5NR03475B.