Graphen bald auch in Konsumgütern zu finden
Die Eigenschaften von Graphen haben in einer Vielzahl von Bereichen, begonnen bei der Hochenergie-Teilchenphysik bis hin zur Optoelektronik und in den Energiesektor, neue Forschungswege eröffnet. Haupthindernis für die Übertragung der Innovationsfülle vom Labortisch auf den Markt ist der Mangel an geeigneten großtechnischen Fertigungsverfahren. Das EU-finanzierte Projekt GRAFOL (Graphene chemical vapour deposition: Roll to roll technology) wurde initiiert, um dieses Problem zu beheben, indem ein weitverbreitetes Massenfertigungsverfahren mit einem effektiven Verfahren des Graphenwachstums kombiniert und mittels verbesserter Spektroskopie das Graphenwachstum bewertet wird. Das wichtigste Resultat von GRAFOL war die Entwicklung eines Rolle-zu-Rolle-Produktionswerkzeugs (R2R), das große Graphenschichten im großtechnischen Maßstab herstellen kann. Mit seiner Funktion bei Atmosphärendruck und reduzierter Betriebstemperatur wurde es als der beste Weg zur kostengünstigen Herstellung dieses einlagigen Kohlenstoffmaterials ermittelt. Neben der Entwicklung eines R2R-Werkzeugs passte das Projektteam die chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) an das Wachstum kostengünstiger Chargen von einlagigem oder geschichtetem Graphen auf Siliziumwafern von 300 mm Durchmesser an. Diese Normgröße wird derzeit in der Halbleiterindustrie verwendet. Diese Entwicklung ermöglichte dem Team die Integrierung graphenbasierter Photomodulatoren und Photodetektoren in eine Siliziumphotonik-Plattform. Die Partner erstellten außerdem eine Spintronikplattform, einen Feldeffekttransistor auf Graphenbasis und eine funktionierende organische lichtemittierende Diode unter Einsatz wenigschichtigen Graphens als Alternative zum teuren Indiumzinnoxid. Zusätzlich stellte man ein nanoelektromechanisches Hochfrequenzsystem und Sensoren auf Graphenbasis her. Das waldähnliche CNT-Wachstum von Graphen und das hochdichte, vertikale CNT-Wachstum mit exzellenten Kontakten könnte die Grundlage der nächsten Generation einer vollständig aus Kohlenstoff bestehenden 3D-Durchkontaktierungstechnologie bilden. GRAFOL realisierte auf diese Weise das CVD-Graphenwachstum mittels R2R-Verarbeitung als ein funktionsfähiges großtechnisches Fertigungsverfahren und öffnet auf diese Weise die Tür zur Kommerzialisierung einer Fülle ganz neuartiger Produkte. Da die EU hier erstmals die Machbarkeit einer derartigen Produktionstechnologie demonstriert, kann sie bedeutenden ökonomischen Nutzen aus dieser weltweit führenden Position ziehen.
Schlüsselbegriffe
Graphen, großtechnisch, im industriellen Maßstab, GRAFOL, chemische Gasphasenabscheidung, Chemical Vapour Deposition, Rolle-zu-Rolle
