Die kommerzielle Nutzung von Graphen ist einen Schritt weiter
Die hohe Elektronenmobilität von Graphen und dessen Wärmeleitfähigkeit versprechen zusammen mit den Eigenschaften für Widerstandsfähigkeit und Flexibilität interessante Möglichkeiten für organische Leuchtdioden (OLED) und Energiespeicherungsgeräte. Die kommerzielle Nutzung dieses „Wundermaterials“ scheint allerdings durch verschiedene Faktoren Einschränkungen zu unterliegen. Dies betrifft unter anderem die großflächige Synthetisierung sowie Interaktionen mit der Umgebung, die die intrinsischen Eigenschaften beeinträchtigen. Angespornt von dem Potenzial nanostrukturierten Graphens initiierten Wissenschaftler das von der EU geförderte Projekt „Graphene for nanoscaled applications“ (GRENADA). Die Forschungsmaßnahmen zielten auf die Anpassung struktureller, elektrischer, optischer und mechanischer Eigenschaften im Nanobereich ab und waren im Hinblick auf die Herstellung großer Einzelkristallgraphene im Waferbereich erfolgreich. Bislang konnte Graphen ausschließlich in kleinen Kristallen synthetisiert werden. Auch wenn die Graphene Forschern ausreichten, um deren Eigenschaften zu testen und die ansprechenden Vorteile des Materials zu verstehen, waren diese für eine großflächige kommerzielle Nutzung ungeeignet. Durch die Forschungsarbeit der GRENADA-Wissenschaftler wurde allerdings eine bahnbrechende Synthetisierungsmethode zur Herstellung von Graphen entwickelt. Die meisten herkömmlichen Synthetisierungsmethoden machen sehr hohe Temperaturen erforderlich. Die GRENADA-Forscher demonstrierten ein Graphenwachstum bei geringeren Temperaturen, die industriellen Verarbeitungsbedingungen entsprachen. Das Wachstum wurde auf Metallfilmen mit einer Größe von bis zu 200 mm und bei Temperaturen von teils nur 600 Grad Celsius validiert. Des Weiteren demonstrierten die Wissenschaftler ein kontrolliertes Wachstum auf nanostrukturierten Substraten sowie die Synthetisierung von in Wasserlösungen dispergierten Graphenoxids. Die Projektwissenschaftler fokussierten sich nicht nur auf die generische Synthetisierung sondern auch auf die Behandlung angestrebter Materialien für OLED, Superkondensatoren und Batterien. Konkret wurden dünne Graphenfilme mit einem Widerstand von teils nur 135 Ohm pro Quadrat und mit einer optischen Transparenz synthetisiert, die sich gut für Displayanwendungen eignet. Das Team stellte funktionale Batterietestzellen mit reduziertem Graphenoxid her und validierte Superkondesatortestfahrzeuge, die eine gleiche Leistung wie kommerzielle Fahrzeuge bieten. Die GRENADA-Technologie soll die kommerzielle Graphennutzung beschleunigen, da diese die nächste Ära von Verbrauchergeräten einläuten könnte. Die Technologie kann einen wichtigen Beitrag für die Verbraucherelektronik, die Leuchttechnik, Energiespeicherungsgeräte und sogar flexible Solarzellen leisten. Des Weiteren trägt die Unabhängigkeit von knappen mineralischen Rohstoffen zum Erhalt natürlicher Rohstoffe und zum Schutz der Umwelt bei.
Schlüsselbegriffe
Graphen, Kohlenstoff, elektronische Komponenten, Energiespeicherung, nanoskalierte Anwendungen
