Science
05/08/2017

Forscher machen Graphen-Maßschneiderei einfacher

Die Entwicklung von Graphen-Verbindungen lässt sich durch eine neue Methode live beobachten und dadurch präziser steuern.

Graphen hat bemerkenswerte Eigenschaften und könnte sich für viele mögliche Anwendungen eignen. Diese lassen sich erweitern, wenn man Atome oder Moleküle in das Kohlenstoff-Material einbaut. Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung Wiener Wissenschafter hat nun eine Methode zum Maßschneidern solcher Graphen-Verbindungen entwickelt, berichten sie im Fachjournal "Nature Communications".

Supermaterial

Graphen besteht aus einer einzigen Schicht wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome. Es ist das dünnste, steifste und stärkste bekannte Material, das die höchste Wärmeleitfähigkeit besitzt, gasundurchlässig ist und bei Raumtemperatur elektrischen Strom besser als alle anderen Stoffe leitet.

Diese Eigenschaften lassen sich durch Verbindungen mit anderen Atomen oder Molekülen noch erweitern - die Wissenschafter nennen dies "Funktionalisieren". Hängt man beispielsweise Wasserstoff-Atome an die Kohlenstoff-Waben, lässt sich die elektrische Leitfähigkeit - je nach Wasserstoff-Menge - zwischen jener von Metall und eines Halbleiters kontinuierlich ändern.

Funktionalisierung

"Die Kontrolle dieser gezielten Funktionalisierung ging bisher nur indirekt und war entsprechend ungenau", erklärte Thomas Pichler von der Fakultät für Physik der Universität Wien gegenüber der APA. Er hat gemeinsam mit Kollegen aus Erlangen unter Führung von Andreas Hirsch und unter Beteiligung von Kollegen aus Berlin und Ecuador eine Methode entwickelt, die Funktionalisierung Schritt für Schritt während der Reaktion zu beobachten und damit laufend Kontrolle darüber zu haben, in welchem Zustand das Graphen ist.

Raman-Spektroskopie

Sie verwenden dazu die sogenannte Raman-Spektroskopie. Dabei werden die verschiedenen chemischen Bindungen einer Probe durch Laserlicht in Schwingung versetzt. Diese Schwingungen sind ganz spezifisch für die verschiedenen Bindungen, je nach den involvierten Atomen und Molekülen, und können gemessen werden.

Bisher habe man das Produkt erst am Ende der Reaktion anschauen können, sagte Pichler, "wir können dagegen den Ablauf der Reaktion verfolgen und identifizieren, in welchem Zustand das Graphen ist". Damit könne man schneller in die Reaktion eingreifen und die Eigenschaften maßschneidern.