Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Graphensynthese aus einzelnen Molekülen geglückt

13.12.2013
Chemikern des Mainzer Max-Planck-Instituts für Polymerforschung gelingt entscheidende Weiterentwicklung der Graphensynthese. Industrielle Nutzung des Wundermaterials rückt näher.

Forschern des Max-Planck-Institutes für Polymerforschung (MPI-P) um Xinliang Feng und Klaus Müllen ist es gelungen, Graphenstreifen in bisher unerreichter Größe und mit definierter Struktur in Lösung herzustellen.

Das neuartige Syntheseverfahren wurde im Fachjournal „Nature Chemistry“ http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.1819.html vorgestellt. Bei dieser Herstellungsmethode werden Moleküle auf Kohlenstoffbasis zu Graphenstreifen in gewünschter Form und Größe zusammengesetzt.

Erst dann entfaltet sich das entscheidende Merkmal des Materials: die defektfreien Graphenstreifen zeigen exzellente Halbleitereigenschaften. Damit bringt das Nanomaterial optimale Voraussetzungen für den Einsatz in elektronischen Bauteilen wie etwa Transistoren mit und ist weitaus leistungsfähiger als das derzeit verwendete Silizium.

„Wir haben einen großen Schritt nach vorn gemacht und können nun Graphenstreifen mit einzigartigen Eigenschaften in Lösung herstellen“, erklärt Forschungsgruppenleiter Xinliang Feng.

Um die Erforschung und Herstellung von Graphen ist ein weltweiter wissenschaftlicher Wettbewerb entbrannt. Die Europäische Kommission ist mit Nachdruck daran beteiligt: Das Förderprogramm „Graphene Flagship“ (2013) stellt in den kommenden zehn Jahren Mittel in Höhe von annähernd einer Milliarde Euro für die Nutzbarmachung von Graphen bereit. Wissenschaftler des MPI-P haben bereits wichtige Fortschritte erzielt: Schon seit 2003 verfolgt Klaus Müllen, Direktor am MPI-P, den „Bottom-Up“-Ansatz, Graphenstreifen aus einzelnen Molekülen zu synthetisieren.

Mechanische Verfahren („Top-Down“) oder Kristallwachstum erreichen nicht die nötige Präzision und liefern Ergebnisse mit Defekten. Die Herstellung in Lösung wurde 2011 von Müllens Forschungsgruppe entwickelt und entspricht all diesen Bedürfnissen. Nun ist es durch eine Modifizierung der Methode gelungen, Graphenstreifen mit exakt definierter Fläche und Struktur zu formen.

Gegenüber dem als Wundermaterial gepriesenen Graphen verfügen nur die Streifen aus Graphen über Bandlücken. Erst diese strukturelle Eigenheit erlaubt die Steuerung der Elektronenbewegung und der optischen Merkmale. Die resultierenden Halbleitereigenschaften der Graphenstreifen sind denen von Silizium überlegen. Als dessen Nachfolger in elektronischen Geräten, Batterien oder Solarzellen lassen sie zukünftig eine Vervielfachung der Leistungsfähigkeit solcher Anwendungen erwarten.

Entscheidend dafür wird sein, ob sich ihre Herstellung in industriellem Maßstab realisieren lässt. Mit der Verarbeitung in Lösung markiert das neue Syntheseverfahren auch einen entscheidenden Schritt zur Massenproduktion des zweidimensionalen Materials.

Die im Leitbild des Instituts verankerte transdisziplinäre Zusammenarbeit spielte bei dem neuerlichen Forschungserfolg eine tragende Rolle: Der Durchbruch der Syntheseexperten bestätigte sich erst nach einer Reihe spezifischer Untersuchungen durch andere Forschungsgruppen des MPI-P. Laserspektroskopische Messungen haben gezeigt, dass das in Lösung gewonnene Graphen eine hohe Lichtleitfähigkeit besitzt.

Doktorrand Akimitsu Narita, selbst an der Synthese maßgeblich beteiligt, konnte die Bandlücken durch Ermittlung der UV-Absorption der Graphenstreifen in Lösung nachweisen.

Außerhalb des MPI-P waren weitere Wissenschaftler der FU Berlin, aus den Niederlanden, Großbritannien und Belgien an der Analyse der Materialeigenschaften beteiligt.

Vornehmlich wird das Material weiterhin Objekt der Grundlagenforschung sein, der sich das MPI-P verschrieben hat. Die physikalischen Eigenschaften und ihre Ursachen werden mit mikroskopischen und spektroskopischen Verfahren untersucht, um weitere Verbesserungspotenziale und fundamentale Funktionen aufzudecken.

Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Das 1984 gegründete Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) zählt zu den international führenden Forschungszentren auf dem Gebiet der Polymerwissenschaft. Durch die Fokussierung auf so genannte weiche Materie und makromolekulare Materialien ist das Max-Planck-Institut für Polymerforschung mit seiner Forschungsausrichtung weltweit einzigartig. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus dem In- und Ausland arbeiten im Rahmen der Grundlagenforschung an der Herstellung und Charakterisierung von Polymeren und der Untersuchung ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften. Anfang 2013 sind insgesamt 551 Personen am MPI-P beschäftigt: Die Belegschaft setzte sich aus 112 Wissenschaftlern, 173 Doktoranden und Diplomanden, 71 Gastwissenschaftlern und 195 technischen und Verwaltungsangestellten sowie Hilfskräften zusammen.
Kontakt
Prof. Dr. Xingliang Feng
Telefon: +49 6131 379-488
E-Mail: feng@mpip-mainz.mpg.de
Research group
Prof. Dr. Klaus Müllen
E-Mail: muellen@mpip-mainz.mpg.de
Publikation
Akimitsu Narita, Xinliang Feng, Yenny Hernandez, Søren A. Jensen, Mischa Bonn, Huafeng Yang, Ivan A. Verzhbitskiy, Cinzia Casiraghi, Michael Ryan Hansen, Amelie H. R. Koch, George Fytas, Oleksandr Ivasenko, Bing Li, Kunal S. Mali, Tatyana Balandina, Sankarapillai Mahesh, Steven De Feyter, and Klaus Müllen

Synthesis of structurally well-defined and liquid-phase-processable graphene nanoribbons

Nature Chemistry (2013), doi:10.1038/nchem.1819

Stephan Imhof | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpip-mainz.mpg.de/aktuelles/nachrichten_pressemeldungen/pm_graphenstreifen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher beschreiben neuartigen Antikörper als möglichen Wirkstoff gegen Alzheimer
22.08.2017 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Virus mit Eierschale
22.08.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten

22.08.2017 | Informationstechnologie

Globale Klimaextreme nach Vulkanausbrüchen

22.08.2017 | Geowissenschaften

RWI/ISL-Containerumschlag-Index erreicht neuen Höchstwert

22.08.2017 | Wirtschaft Finanzen