RWTH Aachen meldet Durchbruch bei industrieller Graphen-Herstellung

Mit dem aus einer Atomlage bestehenden Graphen verbindet sich die Hoffnung auf grundlegende Innovationen bei Touchscreens und in der flexiblen Optoelektronik. Die Massenproduktion von hochwertigem synthetischem Graphen ist angeblich zum Greifen nahe. Die EU-Initiative "Graphene Flagship" fördert die Graphen-Forschung über zehn Jahre hinweg mit einer Milliarde Euro.

Die industrielle und kostengünstige Herstellung von hochwertigem Graphen rückt in greifbare Nähe, berichten Wissenschaftler der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich. Das ultradünne Material könnte technologische Durchbrüche bei Touchscreens und in der flexiblen Optoelektronik ermöglichen. Seine hohe elektrische Leitfähigkeit führte sogar schon zur Hoffnung, dass es Silizium als Transistormaterial ablösen könnte. Zu den erwarteten vielversprechenden Anwendungen gehören Kommunikation in hoher Bandbreite oder auch eine neue Generation von Low-Cost-Smartphones und TV-Bildschirmen.

Graphen (bisweilen auch „Graphén“ geschrieben, Englisch „graphene“) ist eine nur ein Atom dicke Schicht aus kristallisiertem Kohlenstoff. Der kommerziellen Nutzung stellte sich aber bislang entgegen, dass eine ausreichende Größe nur durch die Verbindung verschiedener Graphen-Kristalle erzielt werden konnte. Das aber verringerte seine elektrischen sowie mechanischen Eigenschaften erheblich.

Professor Christoph Stampfer und seine Mitarbeiter vom II. Physikalischen Institut der RWTH Aachen an einem geöffneten CVD-Ofen. Dieser dient zum Wachsen von Graphen auf Kupferfolie bei 1000 Grad Celsius (Bild: RWTH Aachen).Professor Christoph Stampfer und seine Mitarbeiter vom II. Physikalischen Institut der RWTH Aachen an einem geöffneten CVD-Ofen. Dieser dient zum Wachsen von Graphen auf Kupferfolie bei 1000 Grad Celsius (Bild: RWTH Aachen).

Für ihre „grundlegenden Experimente mit dem zweidimensionalen Material Graphen“ erhielten Andre Geim und Konstantin Novoselov 2010 den Nobelpreis. Sie fanden unter anderem heraus, dass eine einzelne Lage Graphen mit einem Streifen Tesafilm von einem natürlichen Stück Graphit getrennt werden kann. Die verblüffend einfache Methode eignete sich allerdings nicht für die Produktion in größeren Mengen – synthetisiertes Graphen hingegen fiel in seiner Qualität stark ab.

Aus Aachen und Jülich wird jetzt ein Schritt nach vorn bei der synthetischen Graphen-Erzeugung gemeldet. Demnach gelang dem 23-jährigen Luca Banszerus zusammen mit anderen Forschern ein entscheidender Durchbruch. Banszerus studiert noch im Masterstudiengang Physik an der RWTH und gewann schon 2010 im Wettbewerb „Jugend forscht“ – auch damals schon beschäftigte ihn und einen Partner das Thema Graphen.

Die synthetische Herstellung beruht weiterhin auf chemischer Gasphasenabscheidung, als kritischer Schritt kommt jedoch der Transfer des Graphens von Kupfer auf ein anderes Substrat hinzu. Das soll erstmals einen trockenen Transfer erlauben, der die hohe Qualität des chemisch gewachsenen Graphens beibehält. Außerdem könne das Kupfer für die Synthese von Graphen erneut verwendet werden, um Geld und Ressourcen bei der Produktion zu sparen.

„Die Ergebnisse sind ein bedeutender Fortschritt im Bestreben, die Lücke zwischen wissenschaftlicher Forschung und technologischer Anwendung von Graphen zu schließen“, erklärte Professor Christoph Stampfer, der die Forschungsarbeit im Rahmen der Jülich Aachen Research Alliance leitete.

Die Forschungen wurden unter anderem mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Initiative Graphene Flagship der Europäischen Union finanziert. Die EU fördert Graphen-Forschung über zehn Jahre hinweg und sagte für ihre bislang größte Forschungsinitiative eine Milliarde Euro zu. An den Forschungen beteiligen sich akademische Einrichtungen ebenso wie Unternehmen verschiedenster Branchen.

 

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