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Das „Wundermaterial“ Graphen anwendungsreif machen

Veröffentlicht am 31. Januar 2011, 14:20 Uhr
Zukunftsweisende nanophysikalische Forschung an der Universität Bielefeld

Graphen ist ein Material, das aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen besteht, die in einem Gitter aus sechseckigen „Honigwaben“ angeordnet ist. Graphen ist gleichzeitig das dünnste und das stärkste Material, das je von Menschen hergestellt wurde. Der Nobelpreis für Physik wurde 2010 an die Physiker Andre Geim und Konstantin Novoselov (Universität Manchester) für ihre Grundlagenforschung an Graphen verliehen. Auch an der Universität Bielefeld forschen die Physiker Prof. Dr. Armin Gölzhäuser und Dr. Andrey Turchanin intensiv an dem vielversprechenden Nanomaterial mit besonderen elektronischen Eigenschaften. Sie werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Noch gibt es keine Produkte, die Graphen enthalten, aber Graphen ermöglicht es, schnelle Transistoren (mehr als 100 Gigahertz) zu entwickeln, die viel schneller wären, als die bisher in Computerchips verwendeten Silizium-Transistoren. Graphen hat damit ein enormes wirtschaftliches Potenzial. In Zukunft könnten Graphen-basierte Produkte millionenfach in Computern, Solarzellen oder Displays eingesetzt werden.


Die Physiker Dr. Andrey Turchanin und Prof. Dr. Armin Gölzhäuser
Die Physiker Dr. Andrey Turchanin und Prof. Dr. Armin Gölzhäuser

In Bielefeld hat die Zukunft dazu schon begonnen: Armin Gölzhäuser und Andrey Turchanin gehen die ersten Schritte von der Grundlagenforschung in die Anwendung. Ihr Ziel ist es, Graphen für die Massenproduktion fit zu machen. Sie haben physikalisch-chemische Verfahren entwickelt, um Graphen aus organischen Molekülen herzustellen. Dazu bringen sie sehr dün-ne Lagen von Molekülen auf Metalloberflächen auf. Durch eine Bestrahlung mit Elektronen werden die einzelnen Moleküle zu einer geschlossenen Schicht verbunden, die sich bei Erhitzen unter Luftabschluss in Graphen umwandelt.

Turchanin und Gölzhäuser möchten diese sehr einfache Herstellungsmethode nutzen, um große Mengen an Graphen, zum Beispiel für elektronische Bauteile herzustellen. So könnte Graphen statt den heute verwendeten Indium-basierten Materialien Flüssigkristallanzeigen (LCDs) revolutionieren, die in Flachbildschirmen, Monitoren und Handys verwendet werden. Dies ist besonders wichtig, da die weltweiten Indium-Vorräte nur noch wenige Jahre reichen. Für diese Forschung wurden Turchanin und Gölzhäuser jetzt von der DFG und dem BMBF insgesamt circa 1 Mio. Euro bereitgestellt.

In interdisziplinären Projekten arbeiten Physiker, Chemiker, Materialwissenschaftler und Ingenieure zum Thema „Graphen“. Partnerinstitute der Bielefelder Wissenschaftler sind die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Braunschweig), das Max-Planck-Institut für Polymerforschung (Mainz), die RWTH Aachen und die Humboldt-Universität zu Berlin. Diese Verbünde werden von Bielefeld aus koordiniert. Durch ihre gute Ausstattung, wie zum Beispiel das neue Helium-Ionen-Mikroskop, bietet die Universität Bielefeld eine einmalige Forschungsinfrastruktur zur Erforschung des Wundermaterials Graphen. Der Forschungsprorektor der Universität Bielefeld Prof. Dr. Martin Egelhaaf betonte in diesem Zusammenhang: „Die Nanowissenschaften gehören zu den Profilbereichen, in die die Universität in den letzten Jahren gezielt investiert hat. Die Forschung an Graphen ist überdies ein schönes und sehr zukunftsträchtiges Beispiel für die anwendungsorientierte Verbundforschung.“

Graphen: Eine Schicht aus Kohlenstoffatomen in einer honigwabenähnlichen Packung
Graphen: Eine Schicht aus Kohlenstoffatomen in einer honigwabenähnlichen Packung
Lichtmikroskopische Aufnahme eines Feldeffekttransistors aus an der Universität Bielefeld hergestelltem Graphen. Die Eigenschaften dieses neuartigen Materials werden an der Physika-lisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig für zukünftige Anwendungen in Elektronik und Sensorik getestet.
Lichtmikroskopische Aufnahme eines Feldeffekttransistors aus an der Universität Bielefeld hergestelltem Graphen. Die Eigenschaften dieses neuartigen Materials werden an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig für zukünftige Anwendungen in Elektronik und Sensorik getestet.

 

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