Zehn Meter Graphen-Streifen erstmals realisiert

Cambridge (pte020/19.04.2018/11:30) - Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) http://web.mit.edu haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich das oft als "Wundermaterial" apostrophierte Kohlenstoffmaterial Graphen in hoher Qualität in langen Streifen herstellen lässt. Das Team um John Hart vom MIT-Labor für Produktionstechnik und Produktivität stellt damit weltweit erstmals eine industrielle Fertigung in Aussicht.

Nützlich für Wasserreinigung

Die Streifen lassen sich beispielsweise zu Membranen verarbeiten, die eine Vielzahl von Verunreinigungen wie Salze, größere Ionen, Proteine und Nanoteilchen aus Wasser entfernen. Solche Membranen können zur Herstellung von Trinkwasser und zur Trennung von Flüssigkeiten in der Biotechnik genutzt werden. Graphen besteht aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen. Diese formen ein Sechseck, wie eine Bienenwabe.

Die Produktionsanlage der Forscher besteht aus zwei Rollen. Von der ersten wird ein zehn Millimeter breites Kupferband abgerollt. Es wandert durch einen kleinen Ofen. Hier wird es auf genau die Temperatur erhitzt, die für die Ablagerung von Kohlenstoffatomen ideal ist. Das passiert in einer Kammer, in die ein Gemisch aus Methan und Wasserstoff geleitet wird. Die im Methan enthaltenen Kohlenstoffatome lagern sich in Bienenwabenform auf dem Kupferband ab.

Fünf Zentimeter pro Minute

"Es entstehen zunächst kleine Graphen-Inseln", sagt Hart. "Diese wachsen zusammen und bilden schließlich eine geschlossene Fläche." Wenn das Kupferband den Ofen verlasse, sei es mit einer perfekten Graphen-Schicht bedeckt. Das Band wird auf der zweiten Spule aufgerollt. Da Graphen neben seinen Eigenschaften wie hoher Festigkeit, Säureresistenz und Leitfähigkeit für elektrischen Strom auch äußerst flexibel ist, übersteht es das Aufrollen, ohne dabei Schaden zu nehmen. Der Prozess läuft kontinuierlich ab, wie das Walzen von Blechen, die ebenfalls aufgerollt werden.

Pro Minute produzieren die MIT-Forscher fünf Zentimeter Graphen. Das längste Stück, das sie bisher hergestellt haben, ist zehn Meter lang. Das Kupferband mit Graphen-Schicht wird schließlich in die jeweils benötigten Stücke geschnitten. Dann wird eine Kunststoffschicht aufgetragen, die größere Löcher hat als das Graphen. Schließlich wird das Metall weggeätzt, sodass der Graphen-Kunststoff-Film übrig bleibt. Er ist dann direkt als Membran einsetzbar.

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