Gereinigt und durchlöchert: Wiener Forschern gelingt ein Durchbruch beim Wundermaterial Graphen

Die möglichen Anwendungsgebiete von Graphen sind vielfältig und reichen von flexiblen Smartphone-Displays über medizinische Produkte bis hin zu besseren Batterien für Elektrofahrzeuge. Von einigen Nischenprodukten abgesehen findet das Wundermaterial bisher aber noch keine industrielle Verwendung. Dies hat eine Reihe von Gründen. So ist die Herstellung bisher noch vergleichsweise teuer. Außerdem funktionieren viele der angedachten Ideen nur, wenn man Graphen mit anderen Materialien kombiniert. Dies kann beispielsweise geschehen, indem man Fremdatome in die wabenartige Struktur des Materials einbaut. Doch das ist einfacher gesagt als getan. Denn Graphen besteht aus nur einer einzigen Schicht an Kohlenstoffatomen, die zudem sehr engmaschig angeordnet sind. Die Herausforderung besteht nun darin, zunächst wirklich reines Graphen zu erhalten und dann gezielt Löcher in die Struktur zu bringen, um diese mit Fremdatomen zu füllen.

Verschmutzungen können die Fähigkeiten massiv beeinträchtigen

Hier konnten Forscher der Universität Wien einige wichtige Durchbrüche erzielen. So reinigten sie das Graphen mithilfe einer neuartigen Laserbestrahlung. Anschließend sorgte dann eine niederenergetische Bestrahlung mit Argon-Ionen dafür, dass in der extrem dünnen Struktur gezielt Löcher entstanden. Unter einem extrem hochauflösenden Mikroskop sollte dann geschaut werden, ob die gesamte Operation erfolgreich war. Das Problem: Hätte man das Material einfach so unter die Linse gelegt, wäre es erneut zu ungewünschten Verschmutzungen gekommen. Die Forscher operierten daher in einem Vakuum. Mithilfe von neuen Bildgebungsverfahren und mit Unterstützung durch künstliche Intelligenz ist es ihnen zudem gelungen, vergleichsweise große Flächen des Materials zu untersuchen. Dabei stellten sie fest, dass das Graphen tatsächlich sauber und an den richtigen Stellen mit Löchern versehen war. Dies bietet den Forschern nun die Möglichkeit, das Wundermaterial gezielt zu erweitern.

Auf die Grundlagenforschung sollen nun konkrete Anwendungen folgen

Denn die entstandenen Löcher in der Struktur können durch Fremdatome gefüllt werden. Einige Ideen haben die beteiligten Wissenschaftler auch bereits: So könnten auf diese Weise mithilfe von Platin- oder Goldatomen neue und extrem dünne Katalysatoren erzeugt werden. Auch die optischen und elektronischen Eigenschaften ließen sich so gezielt verändern. Dies könnte auf neue Anwendungen in der Elektronik hinauslaufen. Bisher haben die Forscher allerdings vor allem Grundlagenarbeit betrieben. Nun, wo sie unter Beweis gestellt haben, dass die Reinigung und Bestrahlung tatsächlich funktioniert, werden sie intensiver nach konkreten Anwendungsmöglichkeiten suchen. Dabei können sie auf einige hochinteressante Eigenschaften des Wundermaterials zurückgreifen. So leitet Graphen Strom und Wärme besser als Kupfer. Außerdem ist es einerseits flexibel, gleichzeitig aber auch extrem stabil und zugfest. Bei der Datenverarbeitung wiederum ist Graphen theoretisch dem heute genutzten Silizium überlegen.

Via: Der Standard