21.08.2015
Durchbruch bei der Herstellung von hochwertigem synthetischen Graphen
Was vor über 10 Jahren als unkonventionelles Experiment von Andre Geim und Konstantin Novoselov begann - sie nutzten Tesafilm, um eine einzige Lage Graphen von einem Stück natürlichen Graphits zu trennen - hat sich zu einem weltweiten Forschungsgebiet mit Investitionen in Milliardenhöhe entwickelt. Graphen wird aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften auch als "Wundermaterial" bezeichnet. Es besteht aus einer einzigen Atomlage und ist daher sehr flexibel, gleichzeitig aber mechanisch extrem stabil. Graphen ist optisch transparent und leitet elektrischen Strom besser als jedes andere Material. Die Kombination dieser Eigenschaften ist einzigartig und so können unter Einsatz von Graphen technologische Durchbrüche erreicht werden: Graphen hat enormes Potential für zukünftige Touch-Screens, sowie Anwendungen im Bereich der Ultrahochfrequenz-Elektronik und der flexiblen Optoelektronik.
Eine der derzeit größten Einschränkung im Hinblick auf die industrielle Anwendung von Graphen ist seine Herstellung: Die "Tesafilm-Methode" ist lediglich für den Forschungsbetrieb anwendbar, für eine Massenproduktion aber vollkommen ungeeignet. Als Alternative galt die Synthese von Graphen aus einfachen und im Überfluss vorhandenen chemischen Verbindungen wie Methan, mittels chemischer Gasphasenabscheidung, engl. chemical vapor deposition (CVD): die natürliche Reaktion zwischen Methan und einer geheizten Kupfer-Oberfläche wird genutzt, um große und makellose Graphen-Flocken herzustellen.
Die CVD-Methode ist zwar skalierbar und kostengünstig. Aber das auf diese Weise synthetisierte Graphen, war lange Zeit vor allem im elektrischen Bereich von signifikant geringerer Qualität als natürliches, über die "Tesafilm-Methode" hergestelltes Graphen. Dies ändert sich nun grundlegend! Luca Banszerus und Kollegen, zeigen eine neuartige auf dem CVD-Verfahren basierende Herstellungsmethode, womit synthetisches Graphen von ultra-hoher Qualität gewonnen werden kann. Dieser Prozess eignet sich auch für die industrielle Herstellung und bildet einen bedeutenden Fortschritt im Bestreben, die Lücke zwischen wissenschaftlicher Forschung und technologischer Anwendung von Graphen zu schließen.
Quelle: Forschungszentrum Jülich - Peter-Grünberg-Institut (PGI)