Direkt zum Inhalt

Graphen-Herstellung: Wundermaterial aus der Mikrowelle

Ein Wissenschaftlerteam lässt Flocken des kostbaren Stoffs wie Schnee zu Boden fallen - und das auch noch mit einem handelsüblichen Haushaltsgerät.
Graphen - die Zukunft der Wunderfolie

Wissenschaftler haben eine kuriose Methode zur Herstellung des Wunderstoffs Graphen entwickelt: Das Team um Jin Zhang von der Universität Peking erhitzte ein spezielles Rohr in einer handelsüblichen Mikrowelle, in der Flocken der besonderen Kohlenstoffvariante anschließend wie Schnee zu Boden fielen. Damit habe man ein drittes, potenziell skalierbares Verfahren zur Synthese des populären Materials gewonnen, berichten die Forscher im Fachmagazin »Advanced Materials«.

Graphen gilt als eines der außergewöhnlichsten Materialien, das Wissenschaftler bisher entdeckt haben. In ihm ordnen sich Kohlenstoffatome in einem hauchdünnen, bienenstockförmigen Gitter an. Das verleiht dem Stoff eine enorme Stabilität und elektrische Leitfähigkeit. Bisher suchen Forscher aber noch nach einer kommerziellen Anwendung, die dieses revolutionäre Potenzial auch ausschöpft.

Einer groß angelegten Kommerzialisierung steht bisher zudem noch die Herstellung im Weg. Die beiden Standardverfahren – die chemische Gasphasenabscheidung und die so genannte Flüssigphasen-Exfoliation – liefern entweder nur Graphen mit geringer Qualität oder sind extrem aufwändig.

Wenn es nach Jin Zhang und seinen Kollegen geht, könnte das Mikrowellenverfahren hier den Durchbruch bringen. Für ihren Versuch packten die Forscher mit Siliziumdioxid umkleidete Siliziumstücke in eine Quarzröhre, entfernten die Luft daraus und leiteten stattdessen Methan ein. Anschließend erhitzten sie das Rohr in einer Mikrowelle. Die kurzwellige Strahlung löste rund um das Silizium so genannte Koronaentladungen aus, die für kurze Zeit ein 700 Grad heißes Plasma entstehen ließen.

Durch die extremen Bedingungen löste sich das Methan stellenweise in einzelne Kohlenstoffatome auf. Diese fanden dann nach und nach zu größeren Graphen-Komplexen zusammen, ähnlich wie Schneekristalle, an denen immer mehr Wassermoleküle hängen bleiben.

Die Flocken in der Quarzröhre lagerten sich mit der Zeit auf der Innenseite in lose übereinandergestapelten Graphenschichten ab. So habe man immerhin 0,1 Gramm des Wundermaterials pro Stunde herstellen können, das anschließend auch einem Belastungstest standhielt, berichten die Forscher. Ob sich das Experiment in größerem Maßstab wiederholen lässt wie von dem Team vermutet, müssen weitere Tests aber erst noch zeigen.

36/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 36/2018

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

Partnervideos