Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kohlenstoff-Riesenmoleküle für neue Technologien

29.01.2013
In einem Verbundprojekt entwickeln Forscher zukunftsweisende Materialien aus Kunststoffen und dem Kohlenstoff Graphen

Eine besondere Form von Kohlenstoff als Hoffnungsträger für neue Technologien: Forscherinnen und Forscher haben im Projekt „FUNgraphen“ neue Kohlenstoff-Riesenmoleküle und molekulare Kohlenstoff-Verbundstoffe mit besonderen Eigenschaften entwickelt. Bei den Molekülen handelt es sich um Graphen, das aus einzelnen Lagen von wabenartig angeordneten Kohlenstoffatomen besteht.


Graphit besteht aus zahlreichen Lagen des Kohlenstoffs Graphen (links oben). Die in Freiburg entwickelten Graphen-Riesenmoleküle sind weniger als ein millionstel Millimeter dick, aber großflächig und erreichen Weiten von mehr als einem hundertstel Millimeter (rechts). Sie können mit Kunststoffen verknüpft werden, um diesen neue Eigenschaften zu verleihen (links unten).

Quelle: FMF/Uni Freiburg

Dieser Werkstoff war bisher nur in aufwendigen Verfahren mit hohen Kosten verfügbar und deshalb für Kunststoffanwendungen wenig geeignet. Die Gruppe am Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) der Albert-Ludwigs-Universität um den Chemiker Prof. Dr. Rolf Mülhaupt, geschäftsführender Direktor des FMF, ist es gelungen, Graphen mit Kunststoffmolekülen zu verbinden, für Kunststoff-Anwendungen maßzuschneidern und im Kilogrammmaßstab für die Materialoptimierung bereitzustellen. Das FMF koordiniert das Projekt „FUNgraphen“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert, vom Projektträger Jülich betreut und von einem Industriebeirat begleitet wird.

Beteiligt sind neben dem FMF die Universität Bayreuth, die Berliner Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und das Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik.

Die neuen Verfahren ermöglichen es, einzelne Kohlenstoffatomlagen mit wabenartiger Anordnung der Kohlenstoffatome aus natürlichem Graphit abzulösen. Es entstehen Kohlenstoff-Riesenmoleküle, so genannte Makromoleküle. Sie sind weniger als ein millionstel Millimeter dick, aber großflächig und erreichen Weiten von mehr als einem hundertstel Millimeter. Die Forscher können die Kohlenstoffmoleküle direkt mit den Molekülen von Kunststoffen chemisch und physikalisch verknüpfen. So entstehen molekulare Kohlenstoff-Verbundstoffe, die leicht, fest, bioverträglich, und elektrisch leitfähig sind. Zudem sind sie beständig gegen Hitze, Chemikalien und Strahlung sowie gas- und flüssigkeitsundurchlässig. „Sie können dazu beitragen, die Ressourcen- und Energieeffizienz von Kunststoffen erheblich zu steigern“, sagt Mülhaupt.

Darüber hinaus haben die Forscher ohne Zusatz von Bindemitteln einzelne dieser großflächigen Kohlenstoffmoleküle in Wasser, ungiftigen Lösemitteln und Kunststoffen fein verteilt und konzentrierte stabile Dispersionen hergestellt. Mit diesen Stoffgemengen können sie Oberflächen beschichten und leitfähige Kohlenstofffolien sowie Leiterbahnen drucken. Auf diese Weise kann Kohlenstoff teure Übergangsmetalle wie Palladium oder Indium ersetzen. „Anwendungen reichen von der druckbaren Elektronik bis hin zu gedruckten Katalysatoren mit Porendesign für die Herstellung von Feinchemikalien mit einfacher Katalysatorrückgewinnung“, sagt Mülhaupt. Im Vergleich zu Indiumzinnoxid-Schichten sind die leitfähigen Kohlenstoffschichten mechanisch erheblich robuster. Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am FMF gelang es außerdem, mit Kohlenstoff-Makromolekülen Kunststoffe und Gummi zu verstärken und sie gleichzeitig elektrisch leitfähig, strahlungsbeständig und gasdichter zu machen. Diese Stoffe sind für Anwendungen bei Benzintanks und Kraftstoffleitungen, bei Gehäusen, die gegen elektromagnetische Strahlung abgeschirmt sind, sowie bei Leichtlauf-Autoreifen für reduzierten Kraftstoffverbrauch von Interesse.

Beispiele aus der Forschungsarbeit der Projektpartner zeigen ebenfalls: Kohlenstoff-Makromoleküle sind vielseitige Bausteine, die im Vergleich zu den bisher üblichen Kohlenstoff-Nanopartikeln neue Potenziale eröffnen, um nachhaltige Materialien und Technologien zu entwickeln. Im „FUNgraphen“-Team an der Universität Bayreuth hat Prof. Dr. Volker Altstädt die Zellgrößen von Schäumen durch die Zugabe von Kohlenstoff-Makromolekülen erheblich verkleinert. Auf dieser Basis können die Forscher die Wärmedämmwirkung von Schaumstoffen steigern und neue, hocheffiziente Dämmstoffe entwickeln. Der „FUNgraphen“-Gruppe um Dr. Bernhard Schartel an der BAM ist es gelungen, die Brandschutzwirkung halogenfreier Flammschutzmittel zu steigern, indem er sie mit geringen Zusätzen der neuen Kohlenstoff-Makromoleküle versehen hat. Ein Kunststoff, der mit diesem neuen Mittel ausgerüstet ist, entzündet sich auch nach mehrfachem Beflammen nicht – im Unterschied zu ungeschützten Kunststoffen, die sich bei hohen Temperaturen verformen lassen und sofort zu brennen beginnen, wenn sie mit Feuer in Kontakt kommen.

Weitere Informationen:
http://portal.uni-freiburg.de/fungraphen

Originalveröffentlichung:
F. J. Toelle, M. Fabritius, R. Mülhaupt, Advanced Functional Materials (2012), 22(6), 1136-1144. Emulsifier-Free Graphene Dispersions with High Graphene Content for Printed Electronics and Freestanding Graphene Films.

Kontakt:
Prof. Dr. Rolf Mülhaupt
Freiburger Materialforschungszentrum (FMF)
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-6270
E-Mail: rolf.muelhaupt@makro.uni-freiburg.de

Rudolf-Werner Dreier | Uni Freiburg im Breisgau
Weitere Informationen:
http://www.uni-freiburg.de
http://portal.uni-freiburg.de/fungraphen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Garn aus Schlachtabfall
29.07.2015 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Lichtschalter auf DVD
28.07.2015 | Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Gefangen in Ruhelosigkeit

Mit ultrakalten Atomen lässt sich ein neuer Materiezustand beobachten, in dem das System nicht ins thermische Gleichgewicht kommt.

Was passiert, wenn man kaltes und heißes Wasser mischt? Nach einer Weile ist das Wasser lauwarm – das System hat ein neues thermisches Gleichgewicht erreicht....

Im Focus: Quantum Matter Stuck in Unrest

Using ultracold atoms trapped in light crystals, scientists from the MPQ, LMU, and the Weizmann Institute observe a novel state of matter that never thermalizes.

What happens if one mixes cold and hot water? After some initial dynamics, one is left with lukewarm water—the system has thermalized to a new thermal...

Im Focus: Superschneller Wellenritt im Kristall: Elektronik auf Zeitskala einzelner Lichtschwingungen möglich

Physikern der Universitäten Regensburg und Marburg ist es gelungen, die von einem starken Lichtfeld getriebene Bewegung von Elektronen in einem Halbleiter in extremer Zeitlupe zu beobachten. Dabei konnten sie ein grundlegend neues Quantenphänomen entschlüsseln. Die Ergebnisse der Wissenschaftler sind jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht worden (DOI: 10.1038/nature14652).

Die rasante Entwicklung in der Elektronik mit Taktraten bis in den Gigahertz-Bereich hat unser Alltagsleben revolutioniert. Sie stellt jedoch auch Forscher...

Im Focus: On the crest of the wave: Electronics on a time scale shorter than a cycle of light

Physicists from Regensburg and Marburg, Germany have succeeded in taking a slow-motion movie of speeding electrons in a solid driven by a strong light wave. In the process, they have unraveled a novel quantum phenomenon, which will be reported in the forthcoming edition of Nature.

The advent of ever faster electronics featuring clock rates up to the multiple-gigahertz range has revolutionized our day-to-day life. Researchers and...

Im Focus: Erster Nachweis von Lithium in einem explodierenden Stern

Erstmals konnte das chemische Element Lithium in der ausgestoßenen Materie einer Nova nachgewiesen werden. Beobachtungen von Nova Centauri 2013 mit Teleskopen des La Silla-Observatoriums der ESO und in der Nähe von Santiago de Chile helfen bei der Aufklärung des Rätsels, warum so viele junge Sterne mehr von diesem Element enthalten als erwartet. Diese Entdeckung liefert ein seit langem fehlendes Teil im Puzzle der chemischen Entwicklungsgeschichte unserer Galaxie und ist ein großer Fortschritt für das Verständnis des Mischungsverhältnisses der chemischen Elemente in den Sternen unserer Milchstraße.

Das leichte chemische Element Lithium ist eines der wenigen Elemente, das nach unserer Modellvorstellung auch beim Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Türme und Maste aus Stahl – Neues aus Forschung und Anwendung

31.07.2015 | Veranstaltungen

Tagung „Brandschutz im Tank- und Gefahrgutlager“ am 16. November 2015 im Essener Haus der Technik stellt praktische Lösungen vor

30.07.2015 | Veranstaltungen

12. BMBF-Forum für Nachhaltigkeit: Green Economy, Energiewende und die Zukunft der Städte

30.07.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wiederaufladbare Batterien machen sich breit

31.07.2015 | Seminare Workshops

Alles zur Kryotechnik: HDT bietet Seminar zum „Kryostatbau“ an

31.07.2015 | Seminare Workshops

Erster Zug von Siemens für Thameslink‑Strecke in UK angekommen

31.07.2015 | Verkehr Logistik