Keiltechnik liefert Graphen

Atomdünne Schichten aus reinem Kohlenstoff gelten als vielversprechendes Material für elektronische Anwendungen. Eine verblüffend einfache Methode zur Herstellung dieses Graphens haben amerikanische Forscher ersonnen. Sie lösen die Schichten mithilfe sperriger Säure-Keile von herkömmlichem Graphit ab, wie er aus der Bleistiftmine bekannt ist.

Bild: Rensselaer/Kar

Der Prozess sei einfach und im großen Stil durchführbar, laufe bei Raumtemperatur ab und erfordere keine problematischen Chemikalien, erklärt Swastik Kar vom Rensselaer Polytechnic Institute im US-Bundesstaat New York. Die so hergestellten Graphenschichten eignen sich beispielsweise für die Herstellung äußerst leistungsfähiger Sensoren und Kondensatoren, demonstrieren der Forscher und seine Kollegen im Fachblatt “Nano Letters”.

Graphen war erstmals im Jahr 2004 hergestellt worden. Das molekulare Gegenstück zum Hühnerdraht besteht lediglich aus Kohlenstoffatomen, die in einem Sechseckmuster miteinander verknüpft sind. Graphit besteht wiederum aus unzähligen solcher Schichten, die übereinander gestapelt sind. Bei der Reibung der Bleistiftmine am Schreibpapier schilfern einzelne Flocken von dem Graphit ab und hinterlassen eine dunkelgraue Spur.

Kar und seine Gruppe wählen einen eleganteren Weg, um große Mengen hochreinen Graphens herzustellen. Die Forscher geben Graphit in eine wässrige Lösung von Pyrencarbonsäure und Methanol und setzen das Gemisch Ultraschall aus. Indem der Graphit durch den Schalldruck gestaucht und verbogen wird, können sich die flächigen Säuremoleküle immer tiefer zwischen seine Schichten schieben und sie schließlich ablösen.

Bei der derzeit gängigsten Methode zur Herstellung von Graphen werde dagegen Graphit zunächst oxidiert, um ihn in seine Schichten aufzulösen, die dann wiederum reduziert würden, so Kar. Dieses Verfahren beeinträchtige jedoch eben jene elektronischen Eigenschaften, die das Graphen so attraktiv machten. Säurekeile und Ultraschall veränderten die Chemie des Materials dagegen nicht.

Forschung: Xiaohong An, Trevor Simmons und Swastik Kar, Department of Physics, Applied Physics and Astronomy und Department of Chemistry and Chemical Biology, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York; und andere

Veröffentlichung Nano Letters, DOI 10.1021/nl903557p

WWW:
Physics, Applied Physics and Astronomy, Rensselaer Polytechnic Institute
Graphen
Pyrene-1-carboxylic acid

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