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Nanotechnologie für die Umwelt

20. Dezember 2016, 9:11 Uhr | Iris Stroh

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Schwerpunkt Thermoelektrizität

Drucktechnologien zur Herstellung thermoelektrische r Generatoren (TP 5): Zur kostengünstigen Herstellung thermoelektrischer Generatoren können Druckverfahren eingesetzt werden. Im TP 5 wurden Tinten und Pasten für eine drucktechnische Realisierung von Thermogeneratoren im Bereich der Raumtemperatur untersucht. Dabei erwiesen sich pastöse gegenüber niederviskosen Materialien als aussichtsreicher. Es konnten thermoelektrische Strukturen auf Basis des organischen Halbleiters PEDOT:PSS in Kombination mit nanopartikulärem Silber hergestellt werden. Für den Druck von PEDOT:PSS kam ein Jet-Dispense-Verfahren zum Einsatz, die Silbernanostrukturen wurden mittels Inkjetdruck realisiert. Durch geometrische Optimierungen des thermoelektrischen Generators konnte zudem dessen elektrischen Widerstand optimiert werden. Die Trägerstruktur des Thermogenerators besteht aus Polyimid.

Nanostrukturierte thermoelektrische Materialien (TP 7): Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärmeenergie direkt in elektrische Energie. Dazu werden Halbleitermaterialien benötigt, die eine geringe thermische und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die Wärmeleitung kann in diesen Materialien durch Nanostrukturierung beeinflusst werden. Im TP 7 werden statt den zumeist eingesetzten umwelttechnisch bedenklichen Elementen Blei und Tellur die unbedenklichen Materialien Silizium und Germanium als Halbleiternanopartikel verwendet. Bei der notwendigen Dotierung dieser Halbleiter konnte in diesem Projekt auf die Verwendung giftiger Gase verzichtet werden. Stattdessen konnte gezeigt werden, dass eine umweltfreundliche nasschemische Dotierung die gleichen Materialeigenschaften liefern kann. Weiterhin konnte eine schnelle Messmethode zur Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit dünner Schichten entwickelt werden.

Optimierung der Analytik nanostrukturierter Schichten (TP 10): Die genaue Kenntnis der thermischen sowie der elektrischen Leitfähigkeit ist für die Entwicklung von Thermogeneratoren unerlässlich. Im TP 10 wurden Verfahren zur Ermittlung dieser Größen für dünne Schichten auf mikro- und makroskopischer Ebene untersucht und entwickelt. Besonderer Fokus lag dabei auf der Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit dünner Schichten auf Basis der Raster-Kraft-Mikroskopie. Es konnte gezeigt werden, dass die elektrische Leitfähigkeit stark von der Topographie der untersuchten Struktur abhängt. In diesem Zuge wurde auch der Einfluss der eingesetzten Rastersonden auf das Messergebnis erforscht. Unterstützend dazu wurde mit der Raster-(Transmissions-)Elektronen-Mikroskopie und Elektronen-Rückstreu-Beugung die Struktur von Germanium-Nanopartikeln und gesinterten Nanopartikelschichten untersucht.