Graphen aus Holz soll das Problem der Elektro-Abfälle lösen

Elektro-Abfälle sind ein Problem. Jedes Jahr fällt tonnenweise Elektroschrott an, der zu einem nicht unwesentlichen Teil auf Müllkippen in Afrika landet. Forscher der Rice University wollen dem Problem mit Hilfe von Graphen begegnen, das sie aus Holz gewinnen. Eines Tages sollen daraus natürlich abbaubare Elektronikteile hergestellt werden können.

Holz statt Kunststoff

Die Rice-University ist bereits für einige Fortschritte im Bereich Graphen verantwortlich. Beispielsweise entwickelten Forscher der Universität eine Graphen-Beschichtung, die Flugzeuge eisfrei halten soll, diverse Graphen-Wasserfilter sowie Graphen-Nanoröhren, die in Batterien zur Verwendung kommen können. Außerdem entwickelten die Forscher 2014 eine Art Graphen-Schaum, indem sie ein Polymer mit einem Laser erhitzten. Der Schaum kann genutzt werden, um aus Graphen Gegenstände in drei Dimensionen herzustellen. Normalerweise wird Graphen in einer 2D-Schicht verwendet, die lediglich ein Atom dick ist. Den Schaum tauften die Wissenschaftler auf den Namen Laser-Induced Graphene (LIG).

Jedoch konnte LIG bisher nur aus dem Kunststoff Polymid hergestellt werden. Die Forscher fanden aber heraus, dass einige Holzarten dank des ogranischen Polymer Lignin eine mechanisch ähnliche Struktur aufweisen. Kieferholz hat einen besonders hohen Ligningehalt und eignet sich daher hervorragend für die Herstellung von LIG.

„For some applications, such as three-dimensional graphene printing, polyimide may not be an ideal substrate. In addition, wood is abundant and renewable“, so Ruquan Ye, der das Projekt leitet.

Laser macht aus Kiefernholz Graphen

Die Herstellungsmethode von LIG aus Holz ist der ursprünglichen Methode sehr ähnlich: Die Forscher erhitzten ein Stück Kiefer einfach mit einem industriellen Laser, und zwar in einer Kammer, die bei Standard-Temperatur und Luftdruck komplett mit Argon und Wasserstoff gefüllt war. Durch die Abwesenheit von Sauerstoff kann das Holz modifiziert werden, ohne dass es verbrennt. Die Oberfläche des Holzes flockte durch die Behandlung den Graphen-Schaum aus.

Das Team fand schnell heraus, dass sie die chemische Zusammensetzung und thermischen Eigenschaften des LIG ändern konnten, indem sie die Intensität des Lasers veränderten. Nach einigen Versuchen fanden sie heraus, dass 70 Prozent der Laserleistung die besten Ergebnisse brachte. Den entstandenen Schaum nannten die Forscher Pine Laser-Induced Graphene (P-LIG).

Abbaubare Elektronikbauteile können den Elektroschrott mindern

Als nächstes testeten die Forscher die elektrische Leitfähigkeit des Materials. Durch die Beschichtung des Materials mit Kobalt und Phosphor oder Nickel und Eisen wurde aus dem P-LIG ein Elektrokatalysator, mit dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespaltet werden konnte. Mit Hilfe von Polyanilin wurde das Material zu einem Superkondensator zur Speicherung von Energie. Das Team glaubt, dass P-LIG in Zukunft verwendet werden könnte, um biologisch abbaubare Elektrobauteile zu konstruieren und so gegen die Problematik des Elektroabfalls vorzugehen.

„Graphene is a thin sheet of a naturally occurring mineral, graphite, so we would be sending it back to the ground from which it came along with the wood platform instead of to a landfill full of electronics parts“, so James Tour, der ebenfalls an dem Projekt beteiligt war.

via Rice University