Neues Verfahren zur Graphen-Gewinnung

  • In der Abbildung ist der schematische Zerfall eines molekularen Precursors sowie die Bildung einer monoatomaren Kohlenstoffschicht (Graphen) auf dem Metallsubstrat zu sehen.In der Abbildung ist der schematische Zerfall eines molekularen Precursors sowie die Bildung einer monoatomaren Kohlenstoffschicht (Graphen) auf dem Metallsubstrat zu sehen.

Graphen wird der Computertechnologie in den nächsten Jahrzehnten völlig neue Möglichkeiten eröffnen. Es ist sehr stabil und arbeitet in einem Transistor tausendmal schneller als Silizium. Graphen besteht aus einer einzelnen Schicht reinen Kohlenstoffs und ist daher nur so dick wie ein Atom. Bisherige Versuche, Graphen durch Spaltung von Graphit zu gewinnen, waren in der Vergangenheit zwar erfolgreich, jedoch nur im Labormaßstab. Für Anwendungen in der Industrie, wo großflächige Schichten erzeugt werden müssen, ist diese Methode unpraktikabel. Einer Forschergruppe der Universität des Saarlandes ist es gemeinsam mit Physikern aus Augsburg und Nottingham gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Oberflächen großflächig mit einer einzigen Lage von Graphen beschichtet werden können. Im Gegensatz zu den bisherigen Ansätzen handelt es sich um einen chemischen Prozess, bei dem Kohlenstoff aus einer flüssigen Vorläuferverbindung abgeschieden wird. Als Ausgangsstoffe wurden verschiedene kohlenstoffhaltige Substanzen wie beispielsweise Aceton getestet. Diese sog. Vorläufermoleküle oder Precursoren wurden in einem Ultrahochvakuum auf bis zu 700°C erhitzt. Dabei bleiben vom Aceton mit seinen drei Kohlenstoff-Atomen immer zwei Kohlenstoff-Atome in Form einer Hantel zurück, die sich zu einem wabenartigen Graphen-Gitter anordnen. Es konnte gezeigt werden, dass es einen universellen Bildungsweg für Graphen gibt. Dieser Bildungsweg führt immer über die gleichen molekularen Zwischenstufen aus zwei Kohlenstoff-Atomen, unabhängig davon, welche Vorläufermoleküle gewählt wurden. Allerdings hat das Verfahren einen entscheidenden Nachteil: Bisher ist die Graphen-Abscheidung nur auf metallischen Oberflächen gelungen. Diese sind für technische Anwendungen, speziell im Hinblick auf elektronische Bauelemente, allerdings weniger interessant, da hier immer eine Kombination von Leitern, Halbleitern und Isolatoren gebraucht wird. Die Saarbrücker Forscher arbeiten nun daran, Graphen auf Isolatoren oder Halbleitern wachsen zu lassen. Durchgeführt wurden die Arbeiten im Rahmen des EU-Projektes „Nanomesh" unter der Leitung von Hermann Sachdev, Privatdozent für Anorganische Chemie an der Saar-Uni, der sich insbesondere mit der Precursorchemie beschäftigt.

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