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Materialforschung: Gewollter Bänderriss

Durchsticht man die ein Atom dicke Kohlenstoffstruktur Graphen mit einer Diamantnadel, führt dies dazu, dass nanometerbreite Bänder des Materials einreißen, sich abschälen und übereinanderlegen – ein ebenso ungewöhnliches wie unerwartetes Verhalten. Im Zuge des Vorgangs entstehen mehrlagige Schicht-strukturen, die gegenüber dem einlagigen Graphen energetisch begünstigt sind, schreiben James Annett und Graham Cross vom Trinity College in Irland – die Entdecker des Phänomens. Das Durchstoßen der Graphenschicht setzt einen Prozess in Gang, bei dem teils über mehrere Mikrometer (millionstel Meter) hinweg die Kohlenstoffbindungen brechen und sich das Material übereinanderschiebt. Schwingungen der Diamantnadel helfen anscheinend dabei, den Vorgang gezielt anzustoßen.

Mit Modellrechnungen können Annett und Cross nachvollziehen, welche thermodynamischen Kräfte dieses Verhalten antreiben. Ihr Ziel lautet, das Einreißen des Kohlenstofffilms gezielt zu steuern, um es technisch nutzen zu können. Dann ließen sich mehrlagige Graphenband-Strukturen ohne aufwändige Laser- oder Plasmamethoden herstellen. Eine Anordnung feiner, schwingender Nadeln reicht vielleicht schon, um entsprechende selbstorganisierende Prozesse in Gang zu setzen.

Graphenbänder unterscheiden sich von Graphenfilmen unter anderem in ihren elektrischen Eigenschaften. Sie eignen sich dadurch beispielsweise besser für den Einsatz als Schalter (Transistor) in der Computertechnik. Auch extrem feine Kondensatoren könnten sich mit aufgerollten Graphenbändern herstellen lassen.

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  • Quelle

Annett, James, und Cross, Graham L. W: Self-Assembly of Graphene Ribbons by Spontaneous Self-Tearing and Peeling from a Substrate. In: Nature 535, S. 271 – 275, 2016