Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist eine vielseitige und weit verbreitete Methode zur Synthese einer Vielzahl von Nanomaterialien, insbesondere von Nanomaterialien und dünnen Schichten auf Kohlenstoffbasis. Das Verfahren beinhaltet die Zersetzung oder Reaktion von gasförmigen Vorläufern auf einem Substrat unter kontrollierten Bedingungen, in der Regel im Vakuum und bei erhöhten Temperaturen. Diese Methode eignet sich besonders gut für die Herstellung hochwertiger, leistungsstarker Materialien im Nanobereich.
Nanomaterialien auf Kohlenstoffbasis, die durch CVD synthetisiert werden:
- Fullerene: Hierbei handelt es sich um kugelförmige, zylindrische oder ellipsoide Cluster aus Kohlenstoffatomen. CVD kann zur Herstellung von Fullerenen verwendet werden, indem Kohlenstoffquellen unter bestimmten Bedingungen verdampft werden.
- Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs): CNTs sind gerollte Graphenblätter, die Röhren bilden. CVD ist eine gängige Methode für ihre Synthese, bei der Kohlenwasserstoffe und Metallkatalysatoren verwendet werden, um CNTs auf Substraten wachsen zu lassen.
- Kohlenstoff-Nanofasern (CNFs): Ähnlich wie CNTs, aber mit einer anderen Struktur, können CNFs auch mittels CVD synthetisiert werden, oft mit Hilfe von Metallkatalysatoren.
- Graphen: Graphen ist eine einzelne Schicht aus Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind. Graphen kann mittels CVD synthetisiert werden, indem Kohlenwasserstoffe auf Metallsubstraten zersetzt werden und die Graphenschicht dann auf andere Substrate übertragen wird.
Andere Nanomaterialien, die durch CVD synthetisiert werden:
- CVD ist nicht auf Materialien auf Kohlenstoffbasis beschränkt, sondern wird auch für die Synthese von:Keramische Nanostrukturen:
- Unter Verwendung geeigneter Ausgangsstoffe können keramische Werkstoffe in Nanostrukturen abgeschieden werden.Karbide:
Hierbei handelt es sich um Verbindungen von Kohlenstoff mit weniger elektronegativen Elementen, deren Nanostrukturen mittels CVD-Verfahren hergestellt werden können.Varianten der CVD:
- Die Vielseitigkeit des CVD-Verfahrens wird durch verschiedene Modifikationen und Erweiterungen des Grundverfahrens erhöht, darunter:
- Niederdruck-CVD (LPCVD) und Atmospheric Pressure CVD (APCVD): Bei diesen Varianten wird der Druck angepasst, um den Abscheidungsprozess zu optimieren.
- Plasmaunterstützte CVD (PECVD): Durch den Einsatz eines Plasmas werden die chemischen Reaktionsgeschwindigkeiten erhöht, was niedrigere Abscheidungstemperaturen ermöglicht.
Photounterstützte CVD und laserunterstützte CVD: Diese Verfahren nutzen Licht, um die chemischen Reaktionen auszulösen oder zu verstärken, und bieten eine genaue Kontrolle über den Abscheidungsprozess.
Herausforderungen und Vorteile von CVD:
