RWTH Aachen gelingt Durchbruch bei der industriellen Graphen-Produktion

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Das aus einer Atomlage bestehende Graphen nährt die Hoffnung auf elementare Innovationen bei Touchscreens und in der flexiblen Optoelektronik. Die Serienfertigung von hochwertigem synthetischem Graphen rückt offenbar in greifbare Nähe. Die EU-Initiative “Graphene Flagship” will die Graphen-Forschung in einem Zeitraum von zehn Jahren mit einer Milliarde Euro fördern.

Wie Wissenschaftler der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich melden, rückt die industrielle und günstige Produktion von hochwertigem synthetischem Graphen in greifbare Nähe. Damit könnten technologische Durchbrüche bei Touchscreens sowie der flexiblen Optoelektronik möglich werden. Die hohe elektrische Leitfähigkeit des Materials nährte sogar bereits die Hoffnung, es könne Silizium als Transistormaterial ablösen. Zu den erwarteten Anwendungsmöglichkeiten zählt Kommunikation mit hoher Bandbreite ebenso wie eine neue Generation von günstigen Smartphones und TV-Bildschirmen.

Graphen (bisweilen auch “Graphén” geschrieben) ist eine lediglich aus einem Atom bestehende Schicht aus kristallisiertem Kohlenstoff. Dem kommerziellen Einsatz stand bisher jedoch entgegen, dass eine ausreichende Größe ausschließlich durch die Verbindung verschiedener Graphen-Kristalle erreicht werden konnte. Dies verringerte seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften allerdings signifikant.

Für ihre “grundlegenden Experimente mit dem zweidimensionalen Material Graphen” bekamen Andre Geim und Konstantin Novoselov 2010 den Nobelpreis. Sie entdeckten etwa, dass sich eine einzelne Lage Graphen mit einem Streifen Tesafilm von einem natürlichen Stück Graphit separieren lässt. Die erstaunlich schlichte Methode eignete sich jedoch nicht für die Herstellung in größeren Mengen – synthetisiertes Graphen fiel in seiner Qualität stark ab.

Aus Aachen und Jülich wird nun ein Meilenstein bezüglich der synthetischen Graphen-Erzeugung gemeldet. Demzufolge gelang dem 23-jährigen Luca Banszerus gemeinsam mit anderen Forschern ein maßgeblicher Durchbruch. Banszerus studiert noch im Masterstudiengang Physik an der RWTH und gewann bereits 2010 den Wettbewerb “Jugend forscht” – schon damals setzten er und ein Partner sich mit dem Thema Graphen auseinander.

Die synthetische Herstellung basiert auf chemischer Gasphasenabscheidung, als kritischer Schritt kommt aber der Transfer des Graphens von Kupfer auf ein anderes Substrat hinzu. Das soll erstmals einen trockenen Transfer ermöglichen, bei dem die hohe Qualität des chemisch gewachsenen Graphens erhalten bleibt. Überdies könne das Kupfer für die Synthese von Graphen erneut genutzt 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 Fördermitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Initiative Graphene Flagship der Europäischen Union finanziert. Die EU fördert Graphen-Forschung über zehn Jahre und bewilligte für ihre bislang größte Forschungsinitiative insgesamt eine Milliarde Euro. An den Forschungen beteiligen sich akademische Einrichtungen ebenso wie Unternehmen zahlreicher Branchen.

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

[mit Material von Bernd Kling, ZDNet.de]

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