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10.07.2020 Projekt

GRACE

Die genaue Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften von Graphen ist die Grundvoraussetzung für den erfolgreichen Einsatz des Materials in innovativen Produkten. Dazu wurden im Projekt GRACE „Developing electrical characterisation methods for future graphene electronics" auf die SI-Einheiten rückführbare Messverfahren entwickelt, die unter anderem auch in einem industriellen Umfeld einsetzbar sind.

Das Projekt ist abgeschlossen.

Laufzeit: 01.07.2017 bis 30.06.2020

Projektträger: European Metrology Association of National Metrology Institutes (EURAMET) im Rahmen des Förderprogramms „European Metrology Programme for Innovation and Research“ (EMPIR)

Projektkoordinator: Luca Callegaro (INRIM Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica)

Kontakt
Alexandra Fabricius
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Konsortialpartner (neben DKE):

Nationale Metrologieinstitute:

Weitere Projektpartner:

Instituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM), Italien

Das-Nano S.L., Spanien

Centro Español de Metrología (CEM), Spanien

Graphenea S.A, Spanien

National Physical Laboratory (NPL), Großbritannien

ISC International Standards Consulting GmbH & Co. KG, Deutschland

The University of Manchester, Großbritannien

Projektmotivation

Graphen wurde 2004 zum ersten Mal im Labor isoliert und steht seitdem im Mittelpunkt intensiver Forschung. Das nur eine Atomlage dicke Nanomaterial weist unter anderem hervorragende elektrische Eigenschaften auf. Mögliche Anwendungen reichen von flexiblen Elektroden und Displays über empfindlichere Sensoren bis hin zu Batterien. Die Herstellung großflächiger Schichten qualitativ hochwertigen Graphens mit reproduzierbaren elektromagnetischen und elektrischen Eigenschaften bleibt jedoch eine Herausforderung. Dies hemmt den Einsatz von Graphen in industriellen elektronischen Produkten. Auf dem Markt wird eine Vielzahl von Graphenmaterialien angeboten, die sich in ihren Eigenschaften stark unterscheiden. Daher werden genaue und reproduzierbare Charakterisierungsmethoden benötigt, die insbesondere auch in Fertigungslinien eingesetzt werden können. Diese Methoden sind bisher nicht weit genug entwickelt und Richtlinien für ihre Implementierung in einem industriellen Umfeld fehlen.

Projektbeschreibung

Das Projekt drehte sich um den Vergleich, die Verbesserung und die Validierung verschiedener Messverfahren zur Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften von Graphen. Es wurden sowohl Kontaktmethoden als auch kontaktlose Verfahren in Ringversuchen untersucht. Ein wichtiger Teil des Projektes war die Zusammenarbeit mit dem für Nanotechnologie zuständigen IEC-Komitee TC 113. Ziel war es, am Ende der Projektlaufzeit zwei Entwürfe zur Standardisierung der in GRACE behandelten Messverfahren einzureichen.

Die Ergebnisse dieses Projektes sollen der Industrie die genaue Messung der elektrischen Eigenschaften von Graphen ermöglichen und so den Einsatz des Materials in Elektronikbauteilen unterstützen.

Aufgaben der DKE

Die DKE unterstützte die Projektpartner bei der Erarbeitung zweier Entwürfe für Technische Spezifikationen, die auf den Good Practice Guides basieren. Insbesondere stellte die DKE den Informationsaustausch zwischen dem Projekt und dem IEC/TC 113 sowie anderen Stakeholdern sicher.

Projektworkshops

Am 22. Mai 2019 fand an der Universidad Autonoma de Madrid ein Workshop zur elektrischen Charakterisierung von Graphen statt.

An der gemeinsamen Veranstaltung des GRACE Projektes und des IEC/TC 113 „Nanotechnologies for electrotechnical applications and systems“ nahmen über 30 Vertreter aus Industrie und Wissenschaft teil. Die Projektpartner präsentierten die Inhalte der zwei Praxisleitfäden, die innerhalb des Projektes zu den kontaktlosen Methoden und den Kontaktmethoden entwickelt werden.

Die Workshopteilnehmer tauschten sich intensiv zu den einzelnen Methoden aus. Der Austausch zwischen dem IEC/TC 113 und den Partnern des GRACE Projektes wird auch über den Workshop hinaus fortgeführt.

Im Rahmen der Graphene Week in Helsinki fand am 26. September 2019 der zweite Projekt-Workshop statt. Er richtete sich insbesondere an Industrievertreter mit dem Ziel, diese bei der Implementierung der Methoden unterstützen. Die Projektpartner präsentierten eine schrittweise Anleitung zur Durchführung der Messungen und diskutierten mit den rund 50 Teilnehmern Fragen und Probleme aus der Praxis.

Projektergebnisse

Basierend auf den Projektergebnissen wurden zwei Praxisleitfäden (GPG, Good Practice Guides) auf der Projektseite veröffentlicht, die die Anwendung der entwickelten Verfahren beschreiben. Außerdem flossen die Ergebnisse direkt in die internationale Standardisierung im IEC/TC 113 „Nanotechnologies for electrotechnical products and systems“ ein.

Das Projektteam reichte New Work Item Proposals für folgende Technische Spezifikationen ein:

  • IEC/TS 62607-06-07: Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 6-7: Graphene material – Sheet resistance: van der Pauw method
  • IEC/TS 62607-06-08: Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 6-8: Graphene material – Sheet resistance: In-line four-point probe

Außerdem lieferte GRACE maßgebliche Inhalte für die Weiterentwicklung des Entwurfs für die Technische Spezifikation zur Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie:

  • IEC/TS 62607-06-10: Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 10: Graphene film – Sheet resistance: Terahertz time-domain spectroscopy

Das Projekt wurde im Juni 2020 erfolgreich abgeschlossen.


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