Luca Banszerus, Professor Christoph Stampfer, Michael Schmitz und Stephan Engels (v.l.) vor dem CVD-Ofen zum Wachsen von Graphen.
Peter Winandy
Bislang war die Herstellung von Graphen problematisch: Die Nobelpreisträger Andre Geim und Konstantin Novoselov nutzten im Jahr 2004 Tesafilm, um eine einzige Lage Graphen von natürlichem Graphit zu trennen. Jetzt entwickeln Forscher eine Methode für die industrielle Massenproduktion.
Die Herstellung von hochwertigem synthetischen Graphen als Funktionswerkstoff für industrielle Anwendungen etwa in der Nanoelektronik ist greifbar nahe, denn dem 23-jährigen Luca Banszerus sowie Wissenschaftlern der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich ist ein entscheidender Durchbruch gelungen. Banszerus, der noch im Masterstudiengang Physik an der RWTH studiert, gilt als Ausnahmetalent. Er erhielt bereits mehrere Preise und Auszeichnungen. Auch gewann er 2010 im Wettbewerb „Jugend forscht“, damals arbeitete er schon mit einem Partner an dem Thema Graphen.
Aktuell publizieren Banszerus und Team unter dem Titel „Ultrahigh-mobility graphene devices from chemical vapor deposition on reusable copper” die neuartige Herstellungsmethode, mit der synthetisches Graphen von ultra-hoher Qualität gewonnen werden kann: Sie beruht auf der chemischen Gasphasenabscheidung, kurz CVD. Dabei wird die Reaktion zwischen der chemischen Verbindung Methan und einer geheizten Kupfer-Oberfläche genutzt, um große und makellose Graphen-Flocken herzustellen. Die CVD-Methode ist zwar skalierbar und kostengünstig. Aber das auf diese Weise synthetisierte Graphen, war lange Zeit vor allem im elektrischen Bereich von geringerer Qualität als natürliches, über die “Tesafilm-Methode” hergestelltes Graphen. Dies ändert sich nun grundlegend.
Synthetisches Graphen so gut wie natürliches
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Das Forscherteam zeigt, dass zwischen dem “Tesafilm-Graphen” und den chemisch synthetisierten Flocken kein Qualitätsunterschied besteht. Vielmehr sei der Transfer des Graphens vom Kupfer auf ein anderes Substrat der kritische Schritt. Bisher wurde Graphen mit einer nass-chemischen Methode transferiert, die das Graphen verunreinigt und aufwellt. Die von Banszerus und Kollegen entwickelte Methode erlaube erstmals einen trockenen Transfer, der die hohe Qualität des chemisch gewachsenen Graphens beibehalte. Zusätzlich könne das Kupfer für die Synthese von Graphen wieder verwendet werden, was Geld und Ressourcen in der Herstellung von Graphen einspare.