Graphen im Großmaßstab

Was es mit dem Wunderpolymer Graphen auf sich hat

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Mittels Klebeband-Einsatz zur Nanometer-Schicht

In einem Diamanten sind die Kohlstoffatome räumlich stabil vernetzt; nicht ohne Grund ist Diamant eines der härtesten Materialien überhaupt. In Graphit ist der Kohlenstoff jedoch nicht räumlich, sondern lagen- beziehungsweise schichtweise vernetzt. Diese Schichten überlagern einander in einem mehr oder minder lockeren Verband, lassen sich daher auch vergleichsweise leicht voneinander ablösen, wie es Konstantin Novoselov und Andre Geim getan haben. Vereinfacht gesagt, haben sie mithilfe eines Klebebands, das sie mit der Klebeseite auf ein flaches Stück Graphit gedrückt und wieder abgezogen haben, den Graphit lagenweise abgetragen. Das Klebeband wurde mit der Klebeseite mehrfach auf andere Haftflächen gedrückt, bis schließlich nur noch eine Schicht vernetzter Kohlenstoffatome von wenigen Nanometern Dicke übrig war.

Innovativer Ansatz zur Herstellung von Graphen

Untersuchungen dieses Rückstands offenbarten die interessanten Eigenschaften des Graphens, wie etwa seine Transparenz oder elektrische Leitfähigkeit, die den Gedanken auch in Richtung ultradünner Solarzellen, hochleistungsfähiger Computerchips oder neuartiger Mobilfunkgeräte lenkten. Graphen ist außerdem in der Medizin-, der Automobil- oder der Luft- und Raumfahrttechnik im Gespräch.

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Werfen wir einen Blick auf die strukturellen Details: Wer Graphen auf molekularer Ebene betrachtet, wird an die Struktur eines Maschendrahtzauns erinnert. Jede Masche ist einem Benzolring ähnlich, dessen Ecken von einem Kohlenstoffatom besetzt sind. Der „Graphenzaun“ lässt sich wie der Gartenzaun aufrollen und bildet lange, röhrenartige Strukturen, deren physikalische Eigenschaften die Fantasie von Forschern und Anwendern gleichermaßen beflügelt und eine Art Goldgräberstimmung in der Materialwissenschaft ausgelöst haben.

Graphen regt Phantasien an

Auf jeden Fall ist Graphen eines der derzeit vielversprechendsten Materialien überhaupt. Und das zu Recht, meint die Physikerin und Elektronenmikroskop-Spezialistin Ute Kaiser von der Universität Ulm, die sich seit Jahren mit Graphen beschäftigt. Denn offenkundig reicht die Forschervorstellung sogar soweit, dass man glaubt, eines Tages Seile daraus flechten zu können, mit denen man eine Raumstation in der Erdumlaufbahn halten könnte.

Graphen soll so bald wie möglich in die Anwendung kommen

Gemeinsam mit Kollegen von den Universitäten Bielefeld und Jena sowie dem Chemiekonzern BASF und dem Nanomembranhersteller CMM Technologies arbeitet Ute Kaiser an einem Projekt, das die Herstellung von Graphen-Nanomembranen zum Ziel hat: Die Nanofiltration, erklärt Projektkoordinator Andrey Turchanin, ist zur Entsalzung von Wasser sehr interessant aber auch für die Filtration von anderen Flüssigkeiten, Gasen und Biomolekülen. Die Kunst bestehe darin, durch Änderung der Porengrößen der Materialstruktur und -oberfläche die Membraneigenschaften an unterschiedliche Aufgaben anzupassen.

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