Stoppen Sie den Wärmeverlust – eine bessere Methode zur Herstellung von Carbonnanoröhren
Wenn Sie bereits mit der Herstellung von Carbonnanoröhren gearbeitet haben, kennen Sie sicherlich die Schwierigkeiten bezüglich der Temperaturkontrolle. Es handelt sich dabei um ein Balanceakt: Die alten Widerstandsheizungen sind unpraktisch – sie heizen nicht nur das Probenmaterial auf, sondern machen auch den gesamten Innenraum zu einer Art „Radiator“. Das ist ein Albtraum: Die Innenwände werden so heiß, dass sie einen Mitarbeiter verbrennen können. Zudem geht eine enorme Menge an Energie verloren.
Der Trick besteht darin, nicht mehr daran zu denken, den ganzen Raum zu erwärmen, sondern vielmehr darauf zu achten, die Wärme gezielt dort hinzuleiten.
Deshalb haben wir auf Kurzwellen-Infrarotlampen umgestellt. Anstelle von Konvektion, bei der alles in seinem Weg erwärmt wird, nutzen diese Lampen Strahlung. Stellen Sie sich das wie eine Taschenlampe vor – nur dass dabei Wärme erzeugt wird. Die Photonen bewegen sich in gerader Linie vom Filament direkt zum Substrat.
Das Ergebnis? Die Stelle, an der die Carbonnanoröhren entstehen, erhält die benötigte Wärme, während die Luft sowie die Metallhülle der Maschine relativ kühl bleiben.
Die richtige Einrichtung
Um tatsächlich Carbonnanoröhren herstellen zu können, benötigt man eine hohe Wärmestärke. Wir verwenden daher Leuchtmittel mit hoher Leistung und passen die Fokallängen an, damit alles funktioniert. Durch Anpassung der Position der Lampen sowie durch den Einsatz von Reflektoren kann man all diese Energie auf einen kleinen Bereich des Substrats konzentrieren.
Aber Achtung: Man kann diese Lampen nicht einfach anschließen und weggehen. Man braucht einen präzisen PID-Controller.
Infrarotlampen erreichen ihre Zieltemperatur fast sofort. Wenn der Regelkreis langsam oder unpräzise ist, wird die Temperatur schnell über das gewünschte Niveau steigen. Und dann sind die Carbonnanoröhren zerstört.
Was passiert in der Praxis?
Das Beste daran: Die Wände der Geräte sind nicht mehr so heiß. Dadurch wird die ganze Maschine viel sicherer in der Benutzung.
Aber es handelt sich dabei nicht um eine magische Lösung. Hochintensive Infrarotstrahlung ist empfindlich – schon kleine Abweichungen in der Ausrichtung der Reflektoren können dazu führen, dass es „heiße Punkte“ auf dem Substrat gibt, was wiederum die Herstellung beeinträchtigt.
Man muss also sicherstellen, dass die Halterungen fest sitzen. Jede Vibration oder leichte Verlagerung der Lampe kann das thermische Gleichgewicht stören. Und vergessen Sie nicht die Abschirmung – man möchte schließlich nicht, dass störende Strahlungen die Elektronik beschädigen.