Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Falten in Graphen bilden sich zurück

17.02.2012
Noch vor wenigen Jahren entstand es als Zufallsprodukt und man nannte es „Kontamination“, heute ist Graphen – mit Betonung auf der zweiten Silbe – das Zukunftsmaterial in der Elektronik.

Zwei Forscher vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben herausgefunden, dass es eine Eigenschaft besitzt, die wir Menschen auch gern hätten: Seine Falten bilden sich vollständig wieder zurück. Eine elementare Erkenntnis für künftige superschnelle Computer oder knautschbare Displays.


Wenn sich zwei unterschiedliche Gitter überlagern, entsteht ein neues, virtuelles Muster. Das nennt man Moiré-Effekt.

Graphen besteht aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, die gitterförmig miteinander verbunden sind. Wenn man es mit bloßem Auge sehen könnte, sähe es aus wie der typische Drahtzaun für Kaninchenställe. Seine Fähigkeit, elektrischen Strom so gut zu leiten wie kein anderes Material, macht es sehr begehrt für besonders anspruchsvolle Anwendungen wie bis zu hundertmal schnellere Computer oder zukünftige knautschbare Displays für den faltbaren Rechner in der Hemdtasche.

Besonders hochwertiges Graphen für solche Anwendungen erzeugt man zum Beispiel, indem man das Gas Ethylen bei einer Temperatur von 1200 °C an einer Metalloberfläche, hier einem Iridium-Kristall, zersetzt. Genau eine Schicht Kohlenstoffatome setzt sich auf dem Kristall ab – das Graphen. Beim Abkühlen zieht sich der Kristall jedoch schneller wieder zusammen als das Graphen, sodass das wertvolle Material Falten wirft, die die Leitfähigkeit entscheidend verringern. Das kann man sich vorstellen wie bei einem aufgeblasenen Luftballon, auf den man ein angefeuchtetes Stück Feinstrumpfhose glatt aufklebt: Lässt man die Luft aus dem Ballon entweichen, zieht dieser sich zusammen und die darauf haftende Strumpfhose wird faltig.

Wie dieser Prozess für Graphen im Detail abläuft, haben nun erstmals die CENIDE-Forscher Prof. Michael Horn-von Hoegen und PD Frank Meyer zu Heringdorf in Zusammenarbeit mit Physikern der Universitäten Köln und Twente beobachten können. Die Dimensionen, in denen sie beobachtet und gemessen haben, sind so unvorstellbar klein, dass klassische Messmethoden hier versagen. Daher griffen die Forscher mit ihrem Doktoranden Hichem Hattab zu einem Trick: Sie verknüpften die Elektronenbeugung mit dem Moiré-Effekt. Diese Überlagerung zweier Muster hat jeder schon einmal beobachtet: Die Wellen, die scheinbar über das karierte Hemd des Fernsehmoderators laufen, oder das Muster, das entsteht, wenn man zwei Gitter-Geländer leicht versetzt hintereinander sieht.

Mithilfe dieses Effekts, der wie mit einer Lupe Rückschlüsse auf die Abstände der Atome im Graphen zulässt, konnten die Nanowissenschaftler Folgendes herausfinden: Während des Abkühlens werden die „Maschen“ des Graphengitters gequetscht, bis zur Entlastung Falten entstehen. Umgekehrt werden die Maschen beim Aufheizen erst ordentlich auseinandergezogen, bevor die Falte wieder verschwindet. Aber anschließend ist der Abstand zwischen den Atomen im Gitter noch der gleiche wie zuvor, nirgendwo entstehen Risse oder Knicke im Material. Das konnte bisher noch niemand belegen: „Die Idee, die Elektronenbeugung mit dem Moiré-Effekt zu koppeln, mag logisch erscheinen“, erklärt Horn-von Hoegen, „aber für die Umsetzung muss man sein Handwerkszeug wirklich gut beherrschen.“ Das leuchtet ein, beträgt die Messgenauigkeit seiner Ergebnisse doch 0,1 Picometer. Stellt man sich die Atome im Graphengitter als Orangen vor, kann man die Messgenauigkeit so beschreiben: Schiebt man ein menschliches Haar zwischen die Orangen, so kann man die erfolgende Positionsveränderung der Früchte im wahren Wortsinn haargenau berechnen.

Der nächste wissenschaftliche Schritt besteht nun darin, eine Methode zu finden, um das Graphen leicht vom Iridium zu lösen. Dass die Falten sich dann ganz allein zurückbilden und keine Schäden im Material hinterlassen, ist nun bewiesen.

Die renommierte Fachzeitschrift „Nano Letters“ hat die Ergebnisse soeben veröffentlicht (Jahrgang 2012, Ausgabe 12).

DOI: 10.1021/nl203530t

Redaktion und weitere Informationen: http://www.cenide.de
Birte Vierjahn, CENIDE, Tel. 0203/379-1456, birte.vierjahn@uni-due.de

Katrin Koster | Universität Duisburg-Essen
Weitere Informationen:
http://www.cenide.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen
23.04.2018 | Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

nachricht Ein Wimpernschlag vom Isolator zum Metall
17.04.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Silizium als neues Speichermaterial für die Akkus der Zukunft

25.04.2018 | HANNOVER MESSE

IAB-Arbeitsmarktbarometer: Trotz Dämpfer auf gutem Niveau

25.04.2018 | Wirtschaft Finanzen

AWI-Forscher messen Rekordkonzentration von Mikroplastik im arktischen Meereis

25.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics