Graphen Material der Zukunft
Aufbau und Struktur Kohlenstoffatome in einem 2-dimensionalen kristallinen Gitter Atome stehen in 120° Winkel zueinander Atomabstand: circa 0,142 nm Zwei Doppelbindung pro Hexagon
Modell
Herstellung Klebeband -> Graphitblock -> mit Fotolack beschichteter Silizium-Wafer -> Auflösen des Lacks -> lokale dünne Graphitfilme < 50 nm Silizium eines Siliziumcarbid-Kristalls verbrennen (~1300°C) Chemisches Verfahren: Reduktion von Graphenoxid Quasi industrielle Verfahren: Größe von etwa 70 cm herstellbar
Mechanische Eigenschaften Flächenkristalle -> hohe Festigkeit in Flächenrichtung-> Elastizitätsmodul: ~1000 GPa (Diamant: ca. 800 GPa) Zugfestigkeit: 125 GPa (über 100 mal größer als die von Stahl) Flexibel in Richtung der Flächennormal
Beispiel Hängematte aus Graphen: Fläche: 1 m2 Gewicht: 0,77 mg Belastbarkeit: ca. 4 kg
Beispiel Weltraumlift: Band mit konstanter Querschnittsfläche von der Erdoberfläche zum geostationären Orbit Länge: 35786 km Wäre erst zu 87 % seiner Reißfestigkeit belastet
Weitere Eigenschaften Transparent: absorbiert etwa 2,3 % des sichtbaren Spektrums Hohe Wärmeleitfähigkeit: ca. 5000 W/mK (im Vergleich Kupfer: ca. 400 W/mK ) Elektrische Leitfähigkeit: lässt sich durch Dotieren und elektrische Felder stark variieren Unter ideal Bedingungen: 0,96*10^4 1/Ωm (Kupfer: 0,6 * 10^4 1/ Ωm)
Zukünftige Anwendungen Kompositmaterialien: für beispielsweise Luft- und Raumfahrt (reißfest, elastisch und leicht) Ersatz von teurem und sprödem Indiumzinnoxid in Touchscreens oder Solarzellen (transparent und gut leitend) Graphenbasierte Transistoren: Taktraten von 500 bis 1000 GHz sollen möglich sein 2010 gelang IBM ein 100 GHz Transistor auf Graphenbasis
The End