Aktualisiert 20.08.2013 17:16

Material der ZukunftGraphen kann Strom fast verlustfrei leiten

Graphen ist das dünnste leitende Material überhaupt. Basler Nano-Forscher haben jetzt gezeigt, dass der ultradünne Kohlenstoff elektrischen Strom nahezu widerstandsfrei leiten kann.

Graphen, das aus einer nur ein Atom dicken Kohlenstoff-Schicht besteht, wird mittels elektrischer Kontakte, die erhöht auf einer Auflage liegen, aufgespannt. Damit wird die extrem leitfähige Kohlenstofffolie nicht vom Trägermaterial Silizium beeinflusst. (Illustration: Swiss Nanoscience Institute)

Graphen, das aus einer nur ein Atom dicken Kohlenstoff-Schicht besteht, wird mittels elektrischer Kontakte, die erhöht auf einer Auflage liegen, aufgespannt. Damit wird die extrem leitfähige Kohlenstofffolie nicht vom Trägermaterial Silizium beeinflusst. (Illustration: Swiss Nanoscience Institute)

Nanowissenschaftler der Universität Basel haben erstmals zeigen können, dass das nur ein Atom dicke Kohlenstoffmaterial Graphen einen fast widerstandsfreien Transport von Strom erlaubt. Das lässt laut der Uni neuartige Anwendungen in der Elektronik erhoffen, sei es in Touchscreens, Solarzellen, Flugzeugen oder Satelliten.

Die Ergebnisse der Forschungen wurden in der Fachzeitschrift «Nature Communications» veröffentlicht, wie die Universität am Dienstag mitteilte. Graphen besteht aus einer einzigen Lage wabenförmig miteinander verbundener Kohlenstoffatome und ist damit das dünnste leitende Material überhaupt.

Schwierige Verarbeitung

Dies verleihe ihm verblüffende Eigenschaften, stelle die Verarbeitung aber vor zahlreiche Schwierigkeiten, heisst es in der Mitteilung. Denn Graphen bestehe eigentlich nur aus Oberflächen. Um eine stabile Einheit zu erhalten, wird Graphen daher oft auf einen Träger aus Silizium aufgebracht.

Der grossflächige Kontakt mit dem Halbmetall verändert jedoch die Eigenschaften von Graphen drastisch: Fremdatome im Silizium stören die Elektronen im Graphen und beeinträchtigen damit dessen elektrische Leitfähigkeit. Analog verursacht der Kontakt des Graphens mit der Luft auf der Oberseite Störungen.

Dem Team um Christian Schönenberger vom Swiss Nanoscience Institute an der Universität Basel ist es nun gelungen, eine Graphenschicht über eine Länge von mehreren Mikrometern frei aufzuspannen. Eine Berührung mit dem Silizium konnte so vermieden werden. Angewendet haben die Forscher dazu Mikro- und Nanofabrikationstechniken.

Reinigung erhöht Leitfähigkeit

Anschliessend wurde die Graphenfolie in einem Container, der das reaktionsträge Edelgas Helium enthielt, thermisch gereinigt: Ein starker Strom wurde durch die Graphenfolie geschickt, der diese aufheizte und Ablagerungen auf der Oberfläche entfernte. Ziel war, Graphen in reinster Form zu erhalten.

Danach stellten die Basler Forscher eine erstaunliche Erhöhung von dessen Leitfähigkeit fest. Zusammen mit Kollegen von der Universität Regensburg zeigten sie, dass sich die Ladungsträger vollkommen störungsfrei im Graphen bewegen konnten. Laut Schönenberger eröffnet dies die Realisierung ganz neuer elektronischer Funktionen.

Graphen sei elektrisch sehr leitfähig, leicht, transparent, mechanisch sehr robust und ein exzellenter Wärmeleiter, heisst es in der Mitteilung. Diese aussergewöhnliche Kombination mache das Material für die Grundlagenforschung interessant und verspreche vielfältige Anwendungen.

Teil von EU-Flaggschiffprojekt

Die Forschergruppe von Christian Schönenberger ist eine von zwei Gruppen des Departements Physik der Universität Basel, die beim Flaggschiffprojekt «Graphene» der EU-Kommission mit dabei sind; die andere Gruppe wird von Thilo Glatzel geleitet. Die EU-Kommission hat Anfang Jahr der Graphenforschung eine von zwei hochdotierten Forschungsinitiativen gewidmet. (sda)

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