Zur Wechselwirkung von Gasen mit Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphit und C60

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, welchen Einfluss Gase auf die elektronischen Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanorohr- (SWNT)-Material haben. Dazu wurden systematische Experimente zur Wechselwirkung von 19 verschiedenen Gasen mit SWNT-, Graphit- und C60 -Oberflächen durchgeführt. Im Einzelnen waren dies Thermische Desorptions-Spektroskopie (TDS), Laserinduzierte Thermische Desorption (LITD) und elektrische 4-Punkt-Widerstandsmessungen sowie Messungen der Thermokraft. Alle Messungen wurden in einer im Rahmen dieser Arbeit aufgebauten UHV-Kammer durchgeführt. Die Bindungsenergien EB der untersuchten Gase und deren Adsorptions- bzw. Desorptionskinetik wurden ermittelt. Die Mehrheit der Gase wechselwirkt nur schwach (Physisorption) mit den defektfreien Oberflächen. Diffusion durch das poröse SWNT-Material beeinflusst die Wechselwirkung mit den Gasen stark, was sich in einer Verbreiterung der TD-Spektren und einer Verschiebung zu höheren Temperaturen im Vergleich zu den Graphit-Spektren ausdrückt. An Inhomogenitäten in Form von funktionalisierten Defektstellen im SWNT-Material findet eine stärkere Wechselwirkung statt. Diese äußert sich in Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit, aufgrund von Ladungstransfer zwischen Adsorbat und Substrat (Dotierung) und einer extremen Verbreiterung der TD-Spektren der entsprechenden polaren Gase. Die Art der Majoritäts-Ladungsträger (Elektronen oder Elektronenlöcher) wurde durch die Thermokraftmessungen bestimmt. Inhomogenitäten sind auch die Orte, wo die hier nachgewiesene chemische Reaktion von NO2 stattfindet. Durch eine systematische Auswertung konnte die gemessene Wechselwirkung der Gase in Einflüsse von verschiedenen VdW-Potentialtermen (wie Dispersionsterm, Orientierungsterm, Dipol-induzierter Dipol-Term) aufgeteilt werden. Aussagen über das Benetzungsverhalten der Gase auf den drei Oberflächen sind aufgrund der durchgeführten Experimente ebenfalls möglich. Als herausragendes Beispiel sei Wasser genannt, das keine der untersuchten Oberflächen vollständig benetzt. Die untersuchten Wechselwirkungen sind für mögliche Anwendungen z.B. im Bereich der Sensorik von Interesse