Graphen- und graphenartige Schichten: Präparation, Wachstum, Modifizierung

Abstract

Seit dem ersten experimentellen Nachweis von Graphen im Jahre 2004 wurde dieses Material intensiv erforscht. Dabei wurden auch mögliche Anwendungs-Szenarien ausgelotet mit einer sehr großen Bandbreite von Reibungsminimierung bis hin zu elektronischen Bauteilen. Für diese Anwendungen sind zuverlässige und kostengünstige Syntheseverfahren notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher eine alternative Synthesemethode – die Flüssigphasenabscheidung LPD – etabliert, mit der ein Graphenwachstum auf unterschiedlichsten Metalloberflächen nachgewiesen wurde. Für schwach wechselwirkende Systeme, hier Ag(001), ist diese Methode im Gegensatz zum Standardverfahren zur Graphensynthese, dem CVD-Prozess, ebenfalls erfolgreich. Dabei liegt ein isotroper Wachstumsprozess vor, wobei solche Oberflächen insbesondere für Transferprozesse auf Isolatoren von Interesse sind. Zusätzlich wurde ein weiteres 2D-Material, Boronitren, untersucht, das ebenfalls eine interessante Rolle für die obigen Anwendungen einnimmt, insbesondere aber im Hinblick auf Stapelfolgen von 2D-Materialien, den sogenannten Van der Waals Heterostrukturen. Hier wurde das isotrope Wachstum von Boronitren auf Ag(001) nachgewiesen. Statt nur einer Funktionalisierung der Metalloberfläche durch Graphen, um wie oben vorgeschlagen eine Reduktion der Reibung auch durch Boronitren zu erreichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Rh-Film annähernd vollständig boriert, um dessen mechanischen Abrieb zu reduzieren.

The experimental proof of freestanding graphene in the year 2004 has lead to an ongoing research on this topic. Several applications of this material are under consideration, with a wide scope, leading e.g. from reduction of friction to electronic devices. However, for mass production and related applications reliable and cost-efficient preparation methods are needed. In this thesis, an alternative preparation method has been established: the liquid precursor deposition LPD. This has been accomplished by performing this method on several different metal surfaces and proofing the formation of a graphene layer. A huge advantage of this method compared to the standard preparation method for graphene, the CVD process, is that it is also successful on weak interacting systems, here Ag(001), where the CVD process more or less fails. On these weakly interacting surfaces the graphene layer grows isotropic and these surfaces are of particular interest for transferring the graphene layer in a next step onto an isolator substrate. Furthermore another 2D-material has been investigated: boronitrene. It is also of interest for the application listed above, especially for the engineering of the so-called van der Waals heterostructures. In this thesis, the isotropic growth of boronitrene on Ag(001) has been proved. Besides functionalizing a metal surface by a graphene or boronitrene layer, a complete boration of a Rh-layer could be achieved to reduce the mechanical wear.