Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Saarbrücker Physiker nutzen Fingerabdruck als Ausgangsstoff für Graphen-Gewinnung

13.06.2014

Mit dem verschwitzten Finger auf die Probe tippen – was jeden sorgfältig arbeitenden Naturwissenschaftler normalerweise schaudern lässt, war diesmal Teil des Experiments:

Saarbrücker Physiker haben zusammen mit ihren Augsburger Kollegen in einem eher ungewöhnlichen Experiment gezeigt, dass die von ihnen 2009 entwickelte Methode zur Graphen-Herstellung ein äußerst robustes Verfahren darstellt.

Diese Erkenntnis ist besonders im Hinblick auf eine zukünftige industrielle Produktion von Graphen von Bedeutung und könnte Graphen der Marktreife, beispielsweise für Anwendungen in der Informationstechnologie, ein Stück näher bringen. Die Saarbrücker Studie wurde bei „Langmuir“ veröffentlicht.

Elektronische Bauteile von Computern basieren derzeit noch auf Silizium-Technologie, doch für die kommenden Jahrzehnte wird erwartet, dass eine spezielle Form des Kohlenstoffs die Nanoelektronik revolutionieren wird: Graphen.

Bestehend aus einer einzelnen Lage von Kohlenstoff-Atomen, die sich zu einem honigwabenartigen Gitter anordnen, ist Graphen auch als winzigstes Bauteil extrem stabil. Baut man daraus einen Transistor, so arbeitet dieser tausendmal schneller als Silizium. Zudem sind Kohlenstoffe in fast allen organischen Substanzen enthalten und damit universell verfügbar.

Das Standardverfahren zur Graphen-Herstellung ist die Chemische Gasphasenabscheidung (CVD, Chemical Vapor Deposition). Bei dieser komplexen und somit kostenintensiven Technologie wird im Vakuum ein Kohlenwasserstoff-Gas auf einer hauchdünnen Metallfolie abgeschieden.

Anschließend wird das daraus entstandene Graphen vom Trägermaterial gelöst und auf ein anderes Substrat übertragen – vorzugsweise auf einen Isolator für die elektronische Anwendung. Damit dieser Transferprozess das Graphen-Gitter nicht beschädigt, sind Trägermaterialien von Interesse, die die Kohlenstoff-Monolage nur schwach auf ihrer Oberfläche binden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass dadurch der Abscheideprozess des Kohlenstoffs auf der Metallfolie erschwert wird.

Physiker der Universität des Saarlandes hatten daher gemeinsam mit Forschern aus Notthingham und Augsburg bereits 2009 ein alternatives Verfahren zur Graphen-Gewinnung entwickelt, das auf der Abscheidung flüssiger Kohlenstoffverbindungen beruht (LPD, Liquid Precursor Deposition) (http://idw-online.de/de/news338535).

„Bei der LPD wird eine synthetische Kohlenstoffverbindung in flüssiger Form mithilfe einer Spritze so auf das Trägermaterial aufgetragen, dass sie einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm bildet“, erklärt der Saarbrücker Physiker Frank Müller, Erstautor der aktuellen Langmuir-Veröffentlichung. Nach der Überführung in ein Vakuum verdampfen die Ausgangsstoffe, die auch Vorläufermoleküle oder Precursoren genannt werden – bis auf eine einzige Lage von Molekülen.

Durch Temperaturerhöhung zersetzen sie sich schrittweise, bis letztlich nur noch Kohlenstoff zurückbleibt, der sich zu dem wabenartigen Graphen-Gitter vernetzt. „Bei diesem Verfahren können die Substrate genügend Kohlenstoff für das Graphenwachstum aus der flüssigen Phase aufnehmen, selbst dann, wenn sie das Graphen nur schwach an sich binden“, erläutert Müller.

Ein Vorteil der neuen Methode ist darin zu sehen, dass sie auch auf Metalloberflächen funktioniert, die über das klassische CVD Verfahren bislang nicht zugänglich waren, beispielsweise Silber. Daher könne das Graphen-Gitter ohne Beschädigung abgelöst werden: „Graphen und Trägermaterial haften aneinander wie zwei nasse Blätter Papier: Man kann eines leicht wegnehmen, ohne das andere zu zerstören.“

Um nachzuweisen, dass die LPD-Synthese ein sehr robustes Verfahren ist, das auch unter denkbar ungünstigsten Voraussetzungen funktioniert, wagten die Saarbrücker Wissenschaftler nun ein besonderes Experiment: Anstatt eine synthetische Kohlenstoffverbindung mit der Spritze aufzutragen, tippten sie einmal mit der verschwitzen Fingerspitze auf das Trägermaterial.

„Ein Fingerabdruck auf der Probe ist eigentlich ein Tabu in der Oberflächenanalytik“, erläutert Frank Müller dazu. Schweiß bestehe aus einem unkontrollierten Gemisch zahlreicher komplexer Kohlenstoffverbindungen, unter anderem Fettsäuren und Salze. Trotz dieser ungünstigen Versuchsbedingungen stellten die Wissenschaftler fest:

„Die Flüssigkeit des Fingerabdrucks funktioniert bei der LPD-Synthese ebenso gut wie ein synthetischer Precursor“, sagt Frank Müller. „Mit unserem Fingerabdrucksexperiment haben wir diese Methode bis an ihre Grenzen ausgereizt und konnten zeigen, dass sie auch dann funktioniert.“ Die wichtigste Schlussfolgerung: „Mit dem LPD-Verfahren kann man auch Substrate nutzen, die mit der klassischen CVD-Methode bislang nicht zugänglich sind.“

Dies eröffnet neue Möglichkeiten für den Transfer von Graphen auf andere Trägermaterialien – ein Aspekt, dem aktuell im Rahmen der EU-Forschungsinitiative „Graphene Flagship“ (http://graphene-flagship.eu/) eine zentrale Rolle zugeschrieben wird.

„Im Hinblick auf unsere eigenen Studien wollen wir die derart präparierten Graphen-Lagen dazu nutzen, um speziell die Wechselwirkung mit Biomaterialien, beispielsweise mit Proteinen oder Bakterien, zu untersuchen.“, sagt Karin Jacobs, Leiterin des Saarbrücker Lehrstuhls für Experimentalphysik.

Link zur Studie: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la500633n

Kontakt:
Dr. Frank Müller
Universität des Saarlandes, Fachrichtung 7.2 Experimentalphysik
Tel.: 0681 302-71744
E-Mail: f.mueller(at)mx.uni-saarland.de

Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Sie können Telefoninterviews in Studioqualität mit Wissenschaftlern der Universität des Saarlandes führen, über Rundfunk-Codec (IP-Verbindung mit Direktanwahl oder über ARD-Sternpunkt 106813020001). Interviewwünsche bitte an die Pressestelle (0681 302-4582) richten.

Gerhild Sieber | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie