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Materialwissenschaft: Ein Wunderstoff wird entzaubert

Graphen sollte das neue Silizium werden. Die Geschichte eines Goldrauschs – mit unerwarteter Wendung.
Graphen-Gitter

Der Goldrausch beginnt mit einem Stück Tesafilm. Sorgfältig haben Andre Geim und sein Doktorand Konstantin Novoselov etliche Stücke davon abgeschnitten. Eigentlich ist schon Feierabend, aber die beiden Forscher haben es sich zur Gewohnheit gemacht, freitags länger zu arbeiten. Die Zeit nutzen sie, um in ihrem Labor an der University of Manchester eher spekulativen Ideen nachzugehen.

An diesem Abend im Jahr 2002 pappen Geim und Novoselov ein Stück Tesafilm auf einen dunklen Graphitblock und reißen es blitzschnell wieder herunter. Dann nehmen sie einen anderen Streifen, kleben ihn auf den ersten und ziehen ihn erneut ab. Ratsch, ratsch, ratsch.

Die beiden Forscher wollen so möglichst dünnes Graphit herstellen. Das gräulich-schuppige Mineral besteht aus einem dreidimensionalen Kohlenstoffgitter, dessen Atome jeweils drei sehr robuste Bindungen mit Partnern in der­selben Gitterebene eingehen. Zwischen den einzelnen Schichten wirkt nur die schwache Van-der-Waals-Anziehung. Das macht Graphit weniger stabil als Diamant, in dem die Kohlenstoffatome nicht in Schichten angeordnet sind, sondern mit jeweils vier Nachbarn räumlich verknüpft sind. Dennoch gehören Graphitkristalle zu den widerstandsfähigeren Materialien, die Menschen ohne allzu großen Aufwand aus der Erde lösen können. Bereits in der späten Eisenzeit vor 2400 Jahren sollen unsere Vorfahren Töpfe damit feuerfest gemacht haben. Bis heute steckt Graphit in den Minen von Bleistiften ...

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  • Quellen

Cao, Y. et al.: Unconventional Superconductivity in Magic-Angle Graphene Superlatticesl. In: Nature 556, S. 43–55, 2018

Conrad, E. H. et al.: Semiconducting Graphene from Highly Ordered Substrate Interaction. In: Physical Review Letters 115, 136802, 2015

Geng, Z. et al.: Graphene Nanoribbons for Electronic Devices. In: Annalen der Physik 529, 1700033, 2017

Son, I. H. et al.: Graphene Balls for Lithium Rechargeable Batteries with Fast Charging and High Volumetric Energy Densities. In: Nature Communications 8, S. 1–11, 2017

Novoselov, K. et al.: A Roadmap for Graphene. In: Nature 490, S. 192–200, 2012