29.08.2014, 06:59 Uhr | 1 |

Produktionsanlage eingeweiht Uni Duisburg-Essen kann jetzt selbst hochwertiges Graphen herstellen

Graphen ist ein besonderer Stoff, an dem Ingenieure in der ganzen Welt forschen. Seine Herstellung ist allerdings aufwendig und teuer. Die Universität Duisburg-Essen hat deshalb ein Gerät angeschafft, mit dem die Wissenschaftler großflächiges und qualitativ hochwertiges Graphen selbst herstellen können. 

Graphenanlage der Uni Duisburg-Essen
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NRW-Wissenschaftsministerin Svenja Schulze (m.) startet die Graphenanlage der Uni Duisburg-Essen, unterstützt von Prof. Gerd Bacher (h.) und Wissenschaftlerin Bilge Bekdüz (v.).

Foto: UDE/Frank Preuß

Das Team von Prof. Gerd Bacher, Lehrstuhlinhaber für Werkstoffe der Elektrotechnik an der Universität Duisburg-Essen (UDE), erforscht, wie man Graphen möglichst fehlerfrei und großflächig herstellen kann. Schwerpunktmäßig arbeiten die Nanowissenschaftler an der Herstellung transparenter Elektroden aus Graphen für Leuchtelemente oder photovoltaische Bauelemente.

Graphen ist teuer und schwer zu bekommen

Gerade ist es den Wissenschaftlern gelungen, eine transparente Elektrode für eine Nanopartikel-Leuchtdiode herzustellen. Für ihre Arbeit brauchen sie allerdings qualitativ hochwertiges Graphen, das bislang nur schwer zu bekommen war. Die UDE kaufte es im Ausland – nach Angaben von Bacher zu einem Preis von rund 100.000 Euro pro Quadratmeter.

Im Herstellungsprozess kann auch Graphen aus mehreren Lagen Kohlenstoff entstehen und es können Lücken in der regelmäßigen Vernetzung der Kohlenstoffatome auftreten, wie der Ingenieur Wolfgang Mertin, akademischer Direktor des Fachgebiets Werkstoffe der Elektrotechnik, erklärt. Multilagen und Defekte stören jedoch den Elektronenfluss und beeinflussen die Qualität des Graphen als leitfähiges und transparentes Material.

Gezielte Steuerung des Herstellungsprozesses durch CVD-Anlage

Dass das Graphen genau so ist, wie die Duisburger Ingenieure es brauchen, dafür sorgt nun eine neue Anlage, die vor wenigen Tagen in Betrieb genommen wurde. Rund 360.000 Euro hat die plasmagestützte CVD-Anlage gekostet, mit der die Nanowissenschaftler nun eine Fläche von knapp 80 Quadratzentimeter Graphen herstellen können. Mit 300.000 Euro hat sich das Land NRW an dem Kauf beteiligt.

CVD ist die Abkürzung für Chemical Vapour Deposition und beschreibt das Herstellungsverfahren. „Durch die speziellen Möglichkeiten der Anlage können wir den Herstellungsprozess von Graphen gezielt steuern“, erklärt Mertin gegenüber Ingenieur.de. „Dadurch erhoffen wir uns Graphen von höchster Qualität.“

Ein Material, das die UDE nicht nur für die eigene Arbeit herstellt, sondern auch für andere Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus NRW. So kooperiert sie unter anderem mit der AMO GmbH aus Aachen, die sich mit dem Einsatz von Graphen in der Hochfrequenztechnik befasst. Auch die Universität des Landes forscht an der Herstellung von Graphen und hat ein Verfahren entdeckt, wie man Graphen per Fingerabdruck produzieren kann.

Graphen gilt als Wundermaterial mit überragenden Eigenschaften

Graphen ist nur ein Atom dick, stabil, transparent, flexibel und leitfähig. Aufgrund der Kombination seiner Eigenschaften gilt das Material als Werkstoff, der die Technikwelt revolutionieren könnte. Mit Hochdruck wird an seiner Erforschung und an möglichen Einsatzbereichen gearbeitet. Graphen ist als homogene Fläche vor allem extrem leitfähig.

Es entsteht als Absatz bei der Erhitzung und Zersetzung von Methan und besteht aus einer stabilen Lage Kohlenstoffatome, die wabenförmig miteinander vernetzt sind. Die potenziellen Anwendungsbereiche sind vielseitig, sie reichen vom Einsatz in Displays und Touchscreens über Solarzellen und Batterien bis hin zu Sensoren und Leichtbau. Um das Potenzial des Werkstoffs auszuschöpfen und innovative Produkte zu realisieren haben sich viele Unternehmen und Forschungseinrichtungen vernetzt, die intensiv an der Entwicklung Graphen-basierter Produkte arbeiten. 

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Von Susanne Neumann
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kommentare
31.08.2014, 11:46 Uhr Progetti
Bei höherer Temperatur müssten sich im Graphen ballistische Elektronen nachweisen lassen, da der Kohlenstoff einen negativen Temperaturgradienten für den elektrischen Widerstand besitzt. Dieses Wissen über den abfallenden elektrischen Widerstand von Kohlenstoff bei Temperatursteigerung ist schon seit der Verwendung der Graphit- Lichtbogen- Lampen bekannt.
Graphen- Röhren, aufgefädelt auf Carbon- Fasern, müssten bei guter Wärmeisolierung eine Arbeitstemperatur erreichen, bei der der elektrische Widerstand drastisch absinkt, weil aus den Kohlenstoff- Doppelbindungen des Graphens ballistische Elektronen freigesetzt werden, die sich im Bereich der gebildeten Riesen- Molekül- Orbitale bewegen. So gesehen werden wahrscheinlich Gleichstrom- Leitungen für die Hochenergie- Übertragung aus Wind- Parks mit nur sehr geringen Energieverlusten möglich sein.

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