idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instanz:
Teilen: 
12.08.2016 13:46

Fehlerfrei losgelöst

Dr. Susanne Langer Kommunikation und Presse
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

    Graphen gilt als eines der vielversprechendsten neuen Materialien. Es defektfrei und kostengünstig herzustellen, ist für Wissenschaftler weltweit jedoch nach wie vor eine große Herausforderung. Chemikern der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ist es nun erstmals gelungen, defektfreies Graphen direkt aus Graphit herzustellen. Ihre Ergebnisse hat die Arbeitsgruppe im renommierten Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht (DOI: 10.1038/ncomms12411).

    Das zweidimensionale Graphen besteht aus einer einzelnen Lage Kohlenstoffatome. Es leitet besonders gut Elektrizität sowie Wärme, ist durchsichtig und dabei gleichzeitig biegsam und fest. Durch diese besonderen Eigenschaften bietet Graphen eine Vielzahl an zukünftigen Anwendungsmöglichkeiten, wie beispielsweise als transparente Elektrode für flexible Displays.

    Der Einsatz von Graphen in der Halbleiterindustrie kann jedoch nur gelingen, wenn Eigenschaften wie die Größe, Fläche und Anzahl der Defekte, die die spätere Leitfähigkeit des Graphens bestimmen, bereits während der Synthese eingestellt werden können. Den FAU-Forschern um Prof. Dr. Andreas Hirsch vom Lehrstuhl für Organische Chemie II ist dafür nun ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie haben mit Hilfe des Additivs Benzonitril eine Möglichkeit gefunden, direkt aus Lösung das defektfreie Graphen herzustellen. Ihre Methode ermöglicht es, das Graphen nicht nur fehlerfrei – und in einer bisher nicht erreichten Qualität – abzuscheiden, sondern auch über die Zahl der Ladungsträger maßgeschneidert elektronische Eigenschaften einzustellen – und das gleichzeitig kostengünstig und effizient.

    Eine gängige Methode, um Graphen zu synthetisieren, ist die chemische Exfoliierung aus Graphit. Dabei werden Metallionen in den Kohlenstoff Graphit eingelagert, eine sogenannte Interkalationsverbindung entsteht. Mit Hilfe von Lösungsmitteln werden die einzelnen Kohlenstofflagen, das Graphen, voneinander getrennt. Nun muss das stabilisierte Graphen noch aus dem Lösungsmittel gelöst und wieder oxidiert werden. Bei diesem Vorgang können jedoch Defekte in den einzelnen Kohlenstofflagen entstehen, wie beispielsweise die Hydrierung und Oxidation der Gitterkohlenstoffatome. Die FAU-Wissenschaftler haben nun eine Lösung für dieses Problem gefunden: Durch die Zugabe des Lösungsmittels Benzonitril kann das Graphen ohne die Bildung von zusätzlichen funktionellen Gruppen herausgelöst werden – und bleibt dadurch defektfrei.

    „Diese Entdeckung stellt für Experten auf dem Gebiet der reduktiven Graphen-Synthese weltweit einen Durchbruch dar“, erklärt Professor Hirsch. „Auf deren Basis lassen sich in den nächsten Jahren vermutlich große Fortschritte für die Anwendung von diesen sogenannten nasschemisch exfoliiertem Graphen machen. Als Beispiele seien hier die Abscheidung von defektfreiem Graphen in der Halbleiter- oder Sensortechnik gefragt.

    Zusätzlicher Nutzen
    Die Methode der FAU-Forscher hat noch einen weiteren Vorteil: Das durch die Reaktion reduzierte Benzonitril-Molekül färbt sich rot, sofern es nicht in Kontakt mit Sauerstoff oder Wasser kommt. Durch diese Farbänderung kann die Zahl der Ladungsträger im System einfach über Absorptionsmessungen bestimmt werden. Dies war bisher nur über die Spannungsmessung möglich und stellt nun eine neue Möglichkeit für Graphen- und Batterieforscher, den Ladungszustand zu messen.

    *Vecera, P. et al. Solvent-driven electron trapping and mass transport in reduced graphites to access perfect graphene. Nat. Commun. 7:12411 DOI: 10.1038/ncomms12411 (2016). http://www.nature.com/articles/ncomms12411

    Weitere Informationen:
    M.Sc. Philipp Vecera
    philipp.vecera@fau.de
    Tel.: 0911 – 65078 65018

    Prof. Dr. Andreas Hirsch
    andreas.hirsch@fau.de
    Tel.: 09131 – 85 22537


    Bilder

    Chemische Herstellung von  Graphen: Das Lösungsmittel Benzonitril (grauer Kreis) nimmt die Verursacher von möglichen Defekten auf und färbt sich rot – es entsteht defektfreies Graphen (roter Kreis).
    Chemische Herstellung von Graphen: Das Lösungsmittel Benzonitril (grauer Kreis) nimmt die Verursach ...
    Grafik: FAU/Philipp Vecera
    None


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Chemie
    überregional
    Forschungsergebnisse
    Deutsch


     

    Chemische Herstellung von Graphen: Das Lösungsmittel Benzonitril (grauer Kreis) nimmt die Verursacher von möglichen Defekten auf und färbt sich rot – es entsteht defektfreies Graphen (roter Kreis).


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).