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09.11.11

Kohlenstoff--Nanoröhrchen bis 220 GHz: Nanotechnik für Gigahertz

Nanoröhrchen für 220 GHz (Bild: University of Surrey)

Mikrowellen- und Terahertz-Technik sind bislang sehr schwer zu handhaben. Doch nun wurden gedruckte Schaltungen aus Nano-Kohlenstoffröhrchen in Kunststoff entwickelt, die entscheidende Vorteile bringen sollen.

Ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist ein aufgerolltes Graphen-Blatt von nur wenigen Nanometern Dicke, das entspricht einem Durchmesser von einem Tausendstel eines menschlichen Haares.

Bekannt sind diese Kohlenstoff-Nanoröhrchen bisher für ihre (je nach Bauweise) bemerkenswerte mechanische Belastbarkeit. Nun zeigen sie jedoch auch sehr ungewöhnliche elektrische Eigenschaften im Höchstfrequenzbereich:

Eine Kooperation von Forschern des Advanced Technology Institute der Universität von Surrey und der Mechatronics-Fakultät der Warschauer Technischen Universität vermeldet nun nämlich, dass diese Nano-Graphitröhrchen für die Mikrowellen- und Terahertz-Technik interessant werden. Niedrige Übertragungsverluste bis 220 GHz sind mit gedruckten Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Kunststoff-Verbundmaterial möglich.

Diese Verbundwerkstoffe erzielen Verluste unter 0,3 dB/mm über einen weiten Frequenzbereich. Von 40 bis 110 GHz lagen sie bei nur 0,15 dB/mm und sanken sogar bei steigender Frequenz - ein Verhalten, das jenem metallischer Leiter genau entgegengesetzt ist. Zwischen 140 und 220 GHz lagen die Verluste bei 0,28 dB/mm.

Die Einbindung der Nanoröhrchen in einen Kunststoff, hier PMMA, ermöglicht die genauere Kontrolle der Leitfähigkeit, um koplanare Wellenleiter von einigen 10 mm Länge auf der gedruckten Schaltung anzulegen. Mögliche Anwendungen sind neuartige Mikrowellen-Mischer, Phasenschieber und Antennen - und auch der neue High-Speed Heterojunction Bipolar-Transistor dürfte von dieser Forschung profitieren.

Der Forschungsbericht wurde in den American Institute of Physics journal Applied Physics Letters veröffentlicht:

 

Electrical performance of carbon nanotube-polymer composites at frequencies up to 220 GHz by Ali H. Alshehri, Malgorzata Jakubowska, Marcin Sloma, Michal Horaczek, Diana Rudka, Charles Free and J. David Carey, Appl. Phys. Lett., Volume 99, 153109 (2011).

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