Was ist Graphen?
Graphen ist ein Begriff für eine spezielle Struktur oder ein Allotrop von Kohlenstoffatomen, bei dem sie sich in zweidimensionalen Schichten zu doppelt gebundenen Ringen mit sechs Kohlenstoffatomen zusammenlagern. Auf atomarer Ebene ähnelt Graphen der Struktur von Hühnerdraht oder einem Maschendrahtzaun und ist eine sich wiederholende zweidimensionale Struktur, die in gefalteten Zylindern als Kohlenstoffnanoröhre oder in Kugelform bezeichnet wird wird oft als Buckyball oder Fulleren bezeichnet. Einer der häufigsten Bereiche, in denen Graphenblätter auf natürliche Weise vorkommen und in geringen Mengen hergestellt werden, sind die sogenannten Bleistifte, bei denen Blätter des Kohlenstoffgitters von der Bleistiftspitze abgerieben werden, wenn sie auf Papier gerieben werden, wobei vertraute Bleistiftmarkierungen zurückbleiben .
Sowohl graphitische Materialien als auch die Erforschung der Graphen-Technologie werden im 21. Jahrhundert als so wichtig angesehen, dass sie zwei britischen Forschern an der Universität Manchester 2010 den Nobelpreis für Physik einbrachte. Andre Geim, ein niederländisch-russischer Physiker, und Konstantin Novoselov Der russisch-britische Physiker entdeckte eine praktische Methode, um einzelne Atomlagen aus Graphen herzustellen. Anwendungen für atomare Graphenschichten reichen von sehr dichten Datenspeicherungsformen in Computern über Ultrakondensatoren zur Speicherung elektrischer Energie bis hin zu flexiblen Solarzellen, die schwer zu bearbeitende Siliziumzellen ersetzen könnten. Die einzigartige zweidimensionale Form von Graphenschichten macht sie auch in der Teilchenphysikforschung an Kernbeschleunigeranlagen nützlich, wo sie eine Ruhemasse von Null haben können, wodurch sie Merkmale des Heisenberg-Unsicherheitsprinzips aufweisen können, wenn sie von relativistischen Elektronenströmen beschossen werden.
Die vielen potenziellen kommerziellen Anwendungen von Graphen haben zu einer stetigen Zunahme der Veröffentlichungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft geführt. Bis 2011 wurden mehr als 25.000 Forschungsarbeiten und Patente für Graphenanmeldungen eingereicht, wobei der Jahresdurchschnitt von 157 im Jahr 2004 auf über 2.500 Arbeiten im Jahr 2010 stieg. Die Entwicklung von Graphenphotonik- und Optoelektronik-Bauelementen ist eines der vielversprechendsten Forschungsgebiete. Dies liegt daran, dass das Material die Effizienz von LED-Panels (Light Emitting Diode) verbessern könnte, die in allen Bereichen, von Computer- und Fernsehbildschirmen bis hin zu Lichtsensoren, verwendet werden. Graphen würde solche Displays flexibler und langlebiger machen und die Notwendigkeit ersetzen, seltene und manchmal giftige Metalle wie Platin und Indium für ihre Herstellung zu verwenden.
Eine der Haupteigenschaften von Graphen, das sich als flexibler Touchscreen für Geldautomaten oder Solarzellen eignet, besteht darin, dass es gleichzeitig transparent für den Lichtdurchgang und ein effizienter elektrischer Leiter sein kann. Erst mit der Verleihung des Nobelpreises für Physik im Jahr 2010 war es jedoch möglich, auf einfache Weise große Mengen einzelner Atomlagen des Materials herzustellen. Seit der Veröffentlichung der Herstellungsmethode durch die Forscher der Universität Manchester haben südkoreanische Wissenschaftler einen Weg gefunden, den Prozess zur Herstellung von Materialbögen zu vergrößern, die für Computer- und Fernsehbildschirme in Standardgröße verwendet werden können.