Graphen im Großmaßstab

Was es mit dem Wunderpolymer Graphen auf sich hat

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Das Vorhaben wird im Rahmen der Initiative „Graphene Flagship“ von der EU gefördert, die das „Wundermaterial“ Graphen nächstmöglich in der Anwendung sehen will. Da aber liegt der springende Punkt: Graphen in hinreichender Menge zu bezahlbaren Preisen zu erzeugen, erweist sich als Herausforderung, deren Bewältigung jedoch beflügelt wird vom Motto: Wer zuerst kommt, mahlt zuerst, sprich: dem gehört der Graphenmarkt. Diese Tatsache treibt Entwickler und Erfinder in aller Welt an.

China hält die meisten Graphen-Patente

Die Nase vorn hat laut IT-Magazin Chip derzeit noch China mit 2200 Graphenpatenten, gefolgt von den USA mit 1700 und Südkorea mit 1200 Patenten; Triebfeder ist vor alle die Idee, Akkus, Displays, Touchscreens und Smartphones mit Bauteilen aus Graphen innovativer zu machen und damit deren Absatz anzukurbeln. Wer am Ende obsiegen wird, bleibt abzuwarten. Vielleicht Deutschland, das schon früh in der Graphenforschung mitgemischt hat? Zumindest entwickeln einige Wissenschaftler hierzulande interessante und außergewöhnliche Ideen, um Graphen herzustellen. Saarbrücker Physiker etwa nutzen einen Fingerabdruck als Ausgangsstoff für die Gewinnung von Graphen [2].

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Auf das Trägermaterial kommt es an

Das Standardverfahren zur Graphenherstellung ist die sogenannte chemische Gasphasenabscheidung (CVD, Chemical Vapor Deposition). Hierbei wird im Vakuum ein Kohlenwasserstoffgas auf einer hauchdünnen Metallfolie abgeschieden. Anschließend wird das daraus entstandene Graphen vom Trägermaterial gelöst und auf ein anderes Substrat übertragen – vorzugsweise auf einen Isolator für die elektronische Anwendung. Damit der Transferprozess das Graphengitter nicht beschädigt, sind Trägermaterialien von Interesse, die einatomige Kohlenstofflage nur schwach auf ihrer Oberfläche binden. Nachteil ist, der Abscheideprozess des Kohlenstoffs auf der Metallfolie wird erschwert.

Das Ende der Entwicklungsstrecke ist noch nicht abzusehen

Die Physiker der Universität des Saarlandes haben daher bereits 2009 gemeinsam mit Forschern aus Nottingham und Augsburg ein alternatives Verfahren zur Graphegewinnung entwickelt, welches auf der Abscheidung flüssiger Kohlenstoffverbindungen beruht (LPD, Liquid Precursor Deposition). „Bei der LPD wird eine synthetische Kohlenstoffverbindung in flüssiger Form mithilfe einer Spritze so auf das Trägermaterial aufgetragen, dass sie einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm bildet“, erklärt der Saarbrücker Physiker Frank Müller. Nach der Überführung in ein Vakuum verdampfen die Ausgangsstoffe, die auch Vorläufermoleküle oder Precursoren genannt werden – bis auf eine einzige Lage von Molekülen. Durch Temperaturerhöhung zersetzen sie sich schrittweise, bis letztlich nur noch Kohlenstoff zurückbleibt, der sich zu dem wabenartigen Graphengitter vernetzt.

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