Juni 23, 2024

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Ingenieure finden einen neuen Weg, Graphen herzustellen, das „Wundermaterial“, das die Welt verändern könnte

Ingenieure finden einen neuen Weg, Graphen herzustellen, das „Wundermaterial“, das die Welt verändern könnte

Ingenieure haben einen neuen Weg zur Herstellung des „Wundermaterials“ Graphen entdeckt, der es endlich ermöglichen könnte, sein Potenzial optimal auszuschöpfen.

Als es 2004 durch die Bildung einer einzelnen Schicht aus Kohlenstoffatomen entdeckt wurde, begrüßten Wissenschaftler das Material als potenzielle Revolution. Es ist so leitfähig und so leistungsstark, dass Experten sagen, es könnte alles verändern, von der Energiespeicherung bis hin zu medizinischen Geräten und persönlicher Elektronik.

Dieses Potenzial wurde jedoch nie vollständig ausgeschöpft. Dies liegt zum Teil daran, dass es schwierig ist, es sauber und in großem Maßstab herzustellen.

(AFP über Getty Images)

Eines der Probleme besteht darin, dass es schwierig ist, es sauber und ohne Verunreinigungen herzustellen. Die Forscher sagen jedoch, dass das neue Verfahren eine saubere und reduzierbare Herstellung von Graphen ermöglicht.

Dies gelang ihnen, indem sie herausfanden, dass die Qualität von Graphen mit Sauerstoff zusammenhängt. Wenn auch nur ein kleiner Anteil Sauerstoff vorhanden ist, beeinflusst dies die Wachstumsrate von Graphen stark und bedeutet, dass es möglicherweise nicht verwendet werden kann.

„Wir haben gezeigt, dass die Entfernung fast des gesamten Sauerstoffs aus dem Wachstumsprozess der Schlüssel zum Erreichen einer hochwertigen, reproduzierbaren CVD-Graphensynthese ist“, sagte der leitende Forscher James Hohn von der Columbia University. „Dies ist ein Meilenstein auf dem Weg zur großtechnischen Graphenproduktion.“

Ingenieure haben Graphen traditionell auf zwei Arten hergestellt. Beim ersten Verfahren werden mit Klebeband Schichten von einem Stück Graphit abgezogen, bis es dünn genug ist, um es als Graphen zu verwenden. Dadurch entstehen saubere Proben, allerdings in einem kleinen Maßstab, der eine industrielle Verwendung unmöglich macht.

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Die andere ermöglicht eine höhere Produktion und wird als CVD-Wachstum bezeichnet. Dabei wird ein kohlenstoffhaltiges Gas wie Methan bei unglaublich hohen Temperaturen über eine Kupferoberfläche geleitet, wodurch das Methan zerfällt und die Kohlenstoffatome gezwungen werden, sich in einer Graphenschicht neu anzuordnen.

Dadurch können sie eine Größe von mehreren Metern erreichen. Allerdings litten sie auch unter Problemen mit ihrer zuverlässigen Qualität.

Die Forscher haben bereits herausgefunden, dass jeglicher Sauerstoff in diesem Prozess ihn verlangsamen oder sogar das Graphen wegätzen würde. Seitdem versuchen Ingenieure, neue Systeme zu entwickeln, die den Sauerstoff kontrollieren und verhindern können, dass er den Prozess beeinträchtigt.

Jetzt sagen Wissenschaftler, dass sie diesen Prozess erheblich verbessert haben, sodass Graphen schneller und zuverlässiger wachsen kann. Sie fanden heraus, dass das hergestellte Graphen auch alle notwendigen Verhaltensweisen aufwies, die eine Verwendung in großem Maßstab ermöglichen könnten.

Über diese Arbeit wird in einem neuen Artikel mit dem Titel „Reproducible Graphene Synthesis by Oxygen-Free Chemical Vapour Deposition“ berichtet, der in der Zeitschrift veröffentlicht wurde. Natur.