Graphen Herstellung

Grundsätzlich lässt sich die Herstellung des Wundermaterials Graphen in zwei Arten unterteilen: Die vergleichsmäßig einfache mechanische Variante nach Andre Geim und Konstantin Novoselov und vielversprechende moderne chemische Verfahren der aktuellen Forschung.

Mechanische Art der Herstellung

Durch Ablösung von HOPG (englisch für Highly Oriented Pyrolytic Graphite) gewann Novoselov die ersten Flocken von Graphen.

Man nutzt dazu Klebeband, welches zuerst auf einen Graphitblock gedrückt wird. Anschließend wird es schnell abgezogen und auf einen Silicium-Wafer gedrückt, welcher mit Fotolack beschichtet ist. Das Klebeband wird nun abgelöst und hinterlässt auf der Oberfläche des Fotolacks kleinste Partikel von Graphit. Eine nun entstandene Fotolackschicht löst man mit Propanon auf und spült den Wafer anschließend mit einem Gemisch aus 2-Propanol und Wasser. Durch diesen Schritt erhält man lokal dünne Graphitfilme. Für Graphenuntersuchungen benötigt man Schichten mit einer Dicke von höchstens 50 nm. An den Rändern dieser Schichten ist es dann möglich mit einem Rastertunnelmikroskop auf Graphen zu stoßen.

Die Nachteile des ganzen mechanischen Verfahrens liegen klar auf der Hand: Die Methode ist sehr zeitaufwendig und die Ausbeute relativ gering.

Chemische Art der Herstellung

Die Reduktion von Graphenoxid ist eine vielversprechende Methode zur Herstellung von Graphen. Das California Nanosystems Institute berichtete im Jahre 2008 von der theoretischen Möglichkeit eines Massenproduktionsverfahrens, welches durch die eben genannte Graphitoxid-Reduktion realisiert werden soll. Schon verwirklicht wurden Monolagen aus Graphen mit verhältnismäßig großen Maßen von 20 µm Mal 40 µm.

Eine weiteres Verfahren der Herstellung ist die folgende zweistufige Reaktion: Ethanol und Natrium reagieren in einer so genannten Solvothermalsythese miteinander und lassen unter sehr hohem Druck und sehr hoher Temperatur ein vielfältiges Gemisch entstehen. Durch Pyrolyse (thermo-chemische Spaltung organischer Verbindungen) und einer schlussendlichen Behandlung mit Ultraschall kann Graphen abgetrennt werden.

Eine relativ neue Art der Herstellung von Graphen ist das Wachstum desselben auf Substraten von Metall durch Epitaxie (Form des Kristallwachstums), wie beispielsweise bei einer Zersetzung von Ethen auf Iridium.

Auch eine chemische Variante der anfangs genannten Ablösung wird von vielen Forschern in Betracht gezogen.

Die Forschung stellt aktuell aufgrund der schnell wachsenden Wichtigkeit des Wundermaterials Graphen in einem schneller werdenden Rhythmus immer neue, hauptsächlich chemische Herstellungsmethoden vor, welche die Realisierung von Super-Kondensatoren und anderen revolutionären Technologien schon bald ermöglichen könnten.

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