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Results Pack

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Graphen- und 2D-Materialien ebnen den Weg für innovative Anwendungen

Graphen ist ein zweidimensionaler atomarer Kristall, der aus Kohlenstoffatomen besteht, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind. Mit einer Dicke von einem Atom ist Graphen der dünnste bekannte Stoff, der stärkste bislang entdeckte Stoff (zwischen 100- und 300-mal stärker als Stahl), das leichteste bislang bekannte Material (ein Quadratmeter wiegt nur rund 0,77 Milligramm) und zudem äußerst elastisch.

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Darüber hinaus ist Graphen für Moleküle undurchdringbar und das Material besitzt eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit - sodass Elektronen weitaus schneller als Silizium strömen können. Das Material ist auch ein transparenter Leiter, der elektrische und optische Funktionalität in herausragender Weise miteinander kombiniert. Graphen hat eine Vielzahl potenzieller Anwendungsmöglichkeiten, die von der Elektronik bis zu Verbundmaterial reichen, und ist im Vergleich zu anderen Materialien relativ günstig in der Herstellung.

Ein Material der Zukunft

In diesem CORDIS Results Pack werden 12 Artikel zu sechs ambitionierten, bahnbrechenden EU-Forschungsprojekten unter den EU-Forschungsprogrammen RP7 und Horizont 2020 vorgestellt, die für Graphen- und 2D-Materialien relevant sind. Sieben Artikel sind verschiedenen Aspekten der Initiative Graphene Flagship gewidmet. Graphene Flagship ist die größte Forschungsinitiative der EU und mit einem Budget von 1 Mrd. EUR ausgestattet. Das Vorhaben stellt hierdurch eine neue Form gemeinsam koordinierter Forschung in einem nie zuvor da gewesenen Ausmaß dar. Über ein aus akademischen und industriellen Partnern bestehendes Konsortium deckt die Forschungsmaßnahme die gesamte Wertschöpfungskette von der Materialherstellung bis zur Komponenten- und Systemintegration ab, um die einzigartigen Eigenschaften von Graphen nutzbar zu machen. In einer Einführung in Graphen wird die Arbeit skizziert, die im Zuge der Flagship-Initiative durchgeführt wird, darunter die Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation hinsichtlich der Verwendung von Graphen für Anwendungen im Weltraum, z. B. als Lichtantrieb und im Wärmemanagement. Forscher verwendeten zudem optoelektronische Kommunikationssysteme für die schnelle Datenbereitstellung in Zukunft. Die groß angelegte Herstellung von Graphen für Anwendungen auf dem kommerziellen Markt umfasste die Ausweitung der Herstellung auf einen industriellen Maßstab, während die Konsistenz, hohe Qualität und Kosteneffizienz erhalten bleiben. Wissenschaftler untersuchten die Anwendung von Graphen und graphenverwandten Materialien in der chemischen Verarbeitung und im funktionellen Bereich für die Herstellung neuer Molekularstrukturen mit einzigartigen Eigenschaften. Durch Graphenspintronik wurden Elektronenladungen und Spins bei Raumtemperatur genutzt, um neue Möglichkeiten für die Informationsverarbeitung und -speicherung zu schaffen. Im Zuge der Flagship-Initiative wurde letztlich die Verwendung von Graphen für biomedizinische Anwendungen untersucht, um innovative medizinische Produkte und Sensoren für die Detektion, die Behandlung und das Management von Erkrankungen des Nervensystems zu entwickeln. Die europäische Graphenforschung findet nicht ausschließlich unter der Flagship-Initiative statt, und Forscher nutzen andere EU-Finanzierungsmechanismen zur Durchführung weiterer Projekte. Über GRAPHEALTH wurde die nächste Generation tragbarer Sensoren entwickelt, während bei GRASP Wechselwirkungen zwischen Graphen und Licht auf die Quanteninformatik und Biomedizin angewandt wurden. GraTA entwickelte Tunnelbeschleunigungsmesser zur Verwendung in der Überwachung von Maschinenschwingungen. HIGRAPHEN erstellte dichte Polymerverbundstoffe zur Verwendung im Bereich von Optoelektronik und Energiespeicherung. Projekt PolyGraph, (das eng mit Graphene Flagship zusammenarbeitete), studierte graphenverstärkte Polymere zur Verwendung im Luftfahrt- und Automobilsektor.