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Graphen aus dem Chemielabor

Ein erst vor acht Jahren entdecktes Material aus Kohlenstoff, das nur eine Atomlage dick ist, könnte die Elektronik revolutionieren. Allein – bislang fehlen geeignete Herstellungsmethoden. Doch Chemiker sind dabei, sie zu entwickeln.
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In den 1980er Jahren sang Madonna: »We are living in a material world«. Zwar meinte der Popstar damit die vorherrschende materialistische Einstellung des Westens, aber ihre Aussage stimmt auch im wörtlichen Sinn: Wir leben in einer Welt, die von Materialien geprägt ist. Ohne Kunststoffe, Metalle oder Halbleiter müssten wir auf die meisten Annehmlichkeiten des modernen Lebens verzichten. Neue Materialien sind stets auch die Voraussetzung für neue Technologien. So hat erst die Entdeckung von Flüssigkristallen jene LCD-Flachbildschirme ermöglicht, die inzwischen die noch vor wenigen Jahren üblichen Kathodenstrahlröhren fast vollständig verdrängt haben. Desgleichen existieren nur dank der Entwicklung von Metalllegierungen mit speziellen magnetischen Eigenschaften mittlerweile Festplatten mit gigantischen Speicherkapazitäten von mehren Terabytes.

Gerade die Elektronik profitiert besonders häufig von neuen Materialen – und ist auf sie angewiesen, wenn sich ihre Leistungsfähigkeit weiter im bisherigen Tempo steigern soll. Als Hoffnungsträger Nummer eins gilt dabei aktuell das Graphen. Es besteht aus einer einlagigen Anordnung von Kohlenstoffatomen in Form eines Wabengitters. Diese »Wunderfolie« ist dem Silizium, dem Grundmaterial heutiger Computerchips und Solarzellen, in mehrfacher Hinsicht überlegen. Erstens können sich Ladungen darin wesentlich schneller bewegen (siehe Spektrum der Wissenschaft 8/2008, S. 86). Zweitens ist Graphen im Gegensatz zu Silizium transparent und eignet sich – anders als dieses – deshalb auch für Displays und Leuchtdioden. Und drittens hat es noch einen entscheidenden Vorteil gegenüber den gängigen Halbleitersubstraten: Man kann daraus im Prinzip wesentlich kleinere Schaltkreise bauen. Bei alldem ist das Material chemisch, thermisch und mechanisch sehr stabil.

August 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft August 2012

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  • Quellen

Cai, J. M. et al.: Atomically Precise Bottom-up Fabrication of Graphene Nanoribbons. In: Nature 466, S. 470 – 473, 2010

Feng, X. L. et al.: Towards High Charge-Carrier Mobilities by Rational Design of the Shape and Periphery of Discotics. In: Nature Materials 8, S. 421 – 426, 2009

Treier, M. et al.: Surface-Assisted Cyclodehydrogenation Provides a Synthetic Route towards Easily Processable and Chemically Tailored Nanographenes. In: Nature Chemistry 3, S. 61 – 67, 2011

Yang, S. B. et al.: Fabrication of Graphene-Encapsulated Oxide Nanoparticles: Towards High-Performance Anode Materials for Lithium Storage. In: Angewandte Chemie 47, S. 8586 – 8589, 2010