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Laser induced Graphen Perfekte Defekte machen Graphen zum Energiespeicher

Redakteur: Peter Koller

Forscher der Rice University haben eine laserbasierte Methode gefunden, um das Halbleitermaterial Graphen leichter herzustellen – und dabei auch einen neuen Verwendungszweck entdeckt.

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Per Laser lassen sich auf einer Polyimide-Folie (PI) Strukturen aus Graphenschaum erzeugen.
Per Laser lassen sich auf einer Polyimide-Folie (PI) Strukturen aus Graphenschaum erzeugen.
(Rice University)

Die Herstellung von Graphen, einer Kohlenstoffstruktur aus nur einer Atomlage, ist bislang aufwendig und erfordert hohe Temperaturen. Forscher der Rice University haben nur eine Möglichkeit gefunden, Graphen bei Raumtemperatur und mit geringem Aufwand herzustellen. Dabei wird eine Folie aus einem Polyimide-Kunststoff (Handelsname Kapton) kontrolliert mit einem Laser beschossen. Auf der Oberfläche der Folie entsteht dabei eine Art Schaum aus Graphen-Flocken.

Eine Aufnahme des Graphenschaums aus dem Elektronenmikroskop
Eine Aufnahme des Graphenschaums aus dem Elektronenmikroskop
(Rice University)
Überraschend für die Wissenschaftler: Normal hergestelltes Graphen besteht überwiegend aus 6-atomigen Ringen, die sich zu einer Gitterstruktur anordnen, unterbrochen durch vereinzelte mäandernde Linien aus 5- und 7-atomigen Ringen, die als Defekte angesehen werden. Der Graphen-Schaum hingegen enthält eine verhältnismäßig große Anzahl dieser 5-7-Kombinationen – und das wird von den Rice-Forschern mittlerweile nicht mehr als Defekt, sondern als gewünschte Eigenschaft gesehen. Denn es hat sich herausgestellt, dass diese 5-7-Kombinationen in der Lage sind, Elektronen sehr gut zu speichern.

Graphenschaum-Struktur (LIG) in Form einer Eule auf dem Kapton-Substrat (Polyimide, PI)
Graphenschaum-Struktur (LIG) in Form einer Eule auf dem Kapton-Substrat (Polyimide, PI)
(Rice University)
Das heißt, der Graphen-Schaum taugt als Ausgangsmaterial für sogenannte Super Capacitor, die die Eigenschaften von Kondensatoren und Akkumulatoren bei der Speicherung von Energie kombinieren. Experimente zeigten eine Kapazität von mehr als 4 Millifarad pro Quadratzentimeter und eine Leistungsdichte von 9 Milliwatt pro Quadratzentimetern. Damit würde sich die flexible Graphenschaumfolie zum Beispiel sehr gut als Energispeicher für kostengünstige Wearable Electronics eignen – zumal sich das Ausgangsmaterial per Laser sehr gezielt strukturieren lässt, wie das Abbild einer Eule (das Wappentier der Rice-University) aus Graphenschaum auf dem Substrat zeigt.

(ID:43122165)

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