Europäische Forschung wegweisend in der Technologie hauchdünner Materialien
Ein europäisches Forscherteam hat die dünnste freitragende Membran der Welt hergestellt, die nur aus einer einzigen Lage Kohlenstoffatome besteht. Diese Schicht könnte zur Herstellung superschneller Elektronik dienen und die Entwicklung von Arzneimitteln beschleunigen. Die zum Teil mit Fördermitteln des Sechsten Rahmenprogramms der EU finanzierte Studie wurde in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlicht. Bereits 2004 hatten Professor Andre Geim von der Universität Manchester und seine Kollegen eine neue Klasse atomar dünner Materialien entdeckt: Schichten, die nur aus einer einzigen Lage von Atomen bestehen. Diese Entdeckung versetzte Physiker weltweit in Aufruhr, doch Experimente mit den dünnen Atomfilmen ergaben sehr bald, dass diese neuartigen Materialien auf einer Trägersubstanz fixiert werden mussten, um ein Auseinanderfallen zu vermeiden. In ihren jüngsten Forschungsbemühungen stellten sich Professor Geim und seine deutschen und niederländischen Kollegen eben dieser Herausforderung. Kohlenstoffschichten, die nur ein Atom dick sind und eine Bienenwabenstruktur aufweisen, bezeichnet man als Graphen. Die Forscher stellten ein solches Graphen auf einem Siliziumkristall her, um dann ein Gitter aus feinsten Golddrähten darüberzulegen. Dann lösten sie den Siliziumchip in Säure auf. Die freitragende Graphenschicht blieb dabei an dem Golddrahtgitter hängen. Die auf diese Weise hergestellte Graphenmembran hat eine Fläche von rund einem Quadratmikrometer und besteht aus rund 30 Millionen Kohlenstoffatomen. Trotz ihrer geringen Dicke zeichnet sich die Membran durch eine erstaunlich hohe Stabilität aus. Dies lässt sich dadurch erklären, dass diese Schicht nicht völlig flach, sondern leicht gewellt ist. Das verleiht dem Material Stabilität, vergleichbar mit Wellpappe. "Atomkristalle können niemals hundertprozentig zweidimensional sein, es sei denn, sie weisen eine äußerst geringe Fläche auf oder enthalten zahlreiche Defekte in der Kristallstruktur", schreiben die Forscher. "Die mikroskopisch kleinen Verknitterungen zweidimensionaler Graphene verleihen ihnen quasi eine dritte Dimension und liefern eine weitere unerwartete Erklärung für ihre thermodynamische Stabilität trotz ihrer geringen Dicke." "Zweidimensionale Membranen sind völlig anders als herkömmliche dreidimensionale Kristalle", so Dr. Jannik Meyer vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung. "Wir fangen gerade erst an, ihre grundlegenden Eigenschaften zu entdecken und mögliche Anwendungen zu untersuchen." Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte man diese hauchdünnen Membranen verwenden, um beispielsweise wie mit einem Sieb leichte Gase zu filtern, miniaturisierte elektromechanische Schalter zu bauen oder einzelne Moleküle zur Untersuchung unter dem Elektronenmikroskop zu fixieren. Dies könnte für die Pharmaforschung von großem Interesse sein, weil es eine rasche Analyse der atomaren Struktur komplexer Moleküle ermöglicht. "Es handelt sich hierbei um eine vollkommen neue Art von Technologie - diese neuartigen Membranen lassen sich noch nicht einmal in den Bereich der Nanotechnologie einordnen", so Professor Geim. "Dass hauchdünne Membranen von der Dicke nur eines Atoms hergestellt werden können, haben wir jetzt gezeigt. Und wir glauben, dass diese Technologie auch für reale Anwendungen adaptiert werden kann. Es bleibt allerdings eine Herausforderung, diese Membranen preiswert und in großem Maßstab herzustellen."
Länder
Deutschland, Niederlande, Vereinigtes Königreich