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Revolutionäre Nanoblätter ebnen Weg zu völlig neuen Technologien

EU-finanzierte Wissenschaftler gehen einen neu erfundenen Weg zur Erzeugung atomdünner Nanoblätter, die das Potenzial haben, eine nächste Generation elektronischer und zur Energiespeicherung erforderlicher Technologien Realität werden zu lassen, ohne die zum Beispiel die großf...

EU-finanzierte Wissenschaftler gehen einen neu erfundenen Weg zur Erzeugung atomdünner Nanoblätter, die das Potenzial haben, eine nächste Generation elektronischer und zur Energiespeicherung erforderlicher Technologien Realität werden zu lassen, ohne die zum Beispiel die großflächige Betreibung von Elektroautos kaum realistisch erscheint. Die Forschung wurde teilweise innerhalb des PEPINEN-Projekts ("Processing and electron probing inorganic nanostructures for emerging nanotechnologies") finanziert, das im Rahmen des Siebten EU-Rahmenprogramms (RP7) ein Marie-Curie-Stipendium in Höhe von 168.256 EUR erhielt. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal Science veröffentlicht. Forscher des Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nano-devices (CRANN) am Trinity College Dublin, Irland, und der University of Oxford, Vereinigtes Königreich, haben entdeckt, wie Schichtmaterialien gespalten werden können, um atomdünne Nanoblätter zu erhalten. Mit diesen Blättern konnten sie etliche neuartige zweidimensionale Nanomaterialien verwirklichen, durch deren chemische und elektronische Eigenschaften neuartige Elektronik und Energiespeichertechnik in den Bereich des Möglichen gerückt werden. Die Wissenschaft versucht bereits seit Jahrzehnten, Nanoblätter aus Schichtmaterialien herzustellen, um deren ungewöhnliche elektronische und thermoelektrische Eigenschaften zu enträtseln. Frühere Verfahren waren jedoch zeitaufwendig, mühsam oder hatten eine sehr geringe Ausbeute - für die meisten Anwendungen eher ungeeignet. In dieser jüngsten Studie nun entwickelten die Forscher Nanoblätter aus einer Vielzahl von Materialien unter Nutzung von üblichen Lösungsmitteln und Ultraschall. Die verwendeten Geräte sind denen ähnlich, die zum Reinigen von Schmuck verwendet werden. Ihr Urteil: Das neue Verfahren ist "einfach, schnell und kostengünstig und könnte im industriellen Maßstab funktionieren." "Unsere neue Methode verursacht geringe Kosten, hat eine sehr hohe Ausbeute und einen sehr großen Durchsatz zu bieten: Innerhalb einiger Stunden und unter Einsatz von nur einem Milligramm (mg) Material können Milliarden von ein Atom dicken Nanoschichten aus einer Vielzahl exotischer Schichtmaterialien gleichzeitig gefertigt werden", erläuterte Dr. Valeria Nicolosi, wissenschaftliche Mitarbeiterin der Royal Academy of Engineering am Fachbereich Materialwissenschaft der University of Oxford. Nach Nicolosis Angaben sind diese neuen Materialien auch für den Einsatz in Batterien der nächsten Generation - den "Superkondensatoren" - geeignet, die Energie tausende Male schneller als Standardbatterien bereitstellen können, und so neue Anwendungen - Stichwort Elektroautos - möglich machen. Viele dieser neuen atomaren Schichtmaterialien sind sehr haltbar und können Kunststoffen hinzugefügt werden, um superstarke Verbundwerkstoffe herzustellen, erklärte Dr. Nicolosi. Diese werden für viele Branchen in Form von einfachen Konstruktionskunststoffen bis hin zu Anwendungen in Luft- und Raumfahrt nützlich sein. Ihr Kollege, Professor Jonathan Coleman, Projektleiter am CRANN und der Trinity College Dublin School of Physics, dazu: "Von den vielen möglichen Anwendungen dieser neuen Nanoblätter ist vielleicht die Nutzung als thermoelektrisches Material als am wichtigsten zu betrachten", wobei er hinzufügte, dass "diese Materialien, wenn sie in Geräten zum Einsatz kommen, aus Abwärme Strom erzeugen können." Professor Coleman gab diesbezüglich zu bedenken, dass zum Beispiel in gasbefeuerten Kraftwerken rund 50% der erzeugten Energie als Abwärme verloren gehe, und sich diese Zahl für mit Kohle und Öl betriebene Anlagen sogar auf bis zu 70% belaufe. "Die Entwicklung effizienter thermoelektrischer Geräte würde jedoch eine kostengünstige und einfache Wiedergewinnung eines Teils dieser Abwärme ermöglichen - etwas, das für uns bisher eher undenkbar war", wie er verdeutlichte. Nach Ansicht der Wissenschaftler hält ihre Forschungsarbeit dem Vergleich mit der Arbeit zum zweidimensionalen Material Graphen stand, die 2010 mit dem Nobelpreis belohnt wurde. Graphen rief seinerzeit mit gutem Grund großes Interesse hervor: Trennt man es in einzelne Flakes, zeigt es außergewöhnliche elektronische und mechanische Eigenschaften, die ganz anders sind als die des ursprünglichen Kristalls Graphit. Graphit ist jedoch nur eines unter Hunderten von Schichtmaterialien, von denen einige das Potenzial haben könnten, mächtige neue Technologien zu erschließen.Weitere Informationen unter: Marie-Curie-Maßnahmen im RP7: http://cordis.europa.eu/fp7/mariecurieactions/home_en.html Science: http://www.sciencemag.org/ Trinity College Dublin: http://www.tcd.ie/

Länder

Irland

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