Das sogenannte Graphen ist eines der innovativsten Materialien, die es gibt. Es besitzt einzigartige Eigenschaften, die es im Vergleich mit anderen anderen Materialien eindeutig überlegen macht. Deshalb kann man ohne Umschweife sagen, das Graphen in der Zukunft eines der begehrtesten Stoffe am Markt sein wird.
Was ist Graphen?
Im Prinzip handelt es sich beim Graphen um eine extrem dünne Schicht aus Graphit. Dieses besteht aus einer einfachen zweidimensionalen Lage verketteter Kohlenstoffatome. Diese hat eine Dicke von etwa 0,3 Nanometer. Die Anordnung der Atome ist typischerweise hexagonal (sechseckig). Graphit ist an sich eine relativ bekannte Substanz, da sie bereits 1564 entdeckt wurde und schon lange Zeit für die Herstellung von Bleistiftminen verwendet wird. Graphit ist ein natürlicher Stoff. Graphen muss hingegen aufwendig hergestellt werden.
Seit wann gibt es Graphen?
Die beiden britischen Forscher Konstantin Novoselov und André Geim haben den Stoff zwischen 2002 und 2004 an der University of Manchester entdeckt und hergestellt. Doch schon viele Jahre vor ihnen haben zahlreiche andere Wissenschaftler die Existenz des Graphens vermutet und bewiesen sowie Theorien dazu entwickelt. Der erste Forscher, der auch den Begriff Graphen geprägt hat, war der deutsche Chemiker Hanns-Peter Böhm, der bereits 1962 von den einlagigen Kohlenstofffolien berichtete. Geim und Novoselov wurden 2010 für ihre konkrete Entdeckung und die Forschungsarbeit am Graphen offiziell mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet.
Was sind die Eigenschaften von Graphen?
Graphen ist wegen seiner verblüffenden Eigenschaften beliebt. Besonders vorteilhaft ist, dass Graphen trotz seiner extremen Dünnlagigkeit eine extreme Widerstandsfähigkeit aufweist. Die Materialhärte wird auf rund 200 Mal höher als Stahl eingestuft. Zudem gilt es als sehr flexibel und kann bis zu 20 Prozent gedehnt werden. Ein weiterer Trumpf ist die hohe Materialdichte. Graphen hält sowohl Gase als auch große Teile des Lichts zurück. Darüber hinaus gilt es als extrem leitfähig. Graphen leitet Strom und auch thermische Energie. Es kann sogar zum Supraleiter modifiziert werden.
Wofür kann man es einsetzen?
Die Substanz Graphen könnte bei einer Vielzahl von Produkten und Prozessen Anwendung finden. Das Material kann dazu verwendet werden, die Funktion und Lebensdauer bereits bestehender Produkte enorm zu verbessern. Und natürlich eignet es sich auch sehr gut für die Konzipierung und Herstellung ganz neuer Artikel. Anwendungsbeispiele sind die Integration elektronischer Geräte in Kleidungen in Form von Wearables oder die Produktion leistungsfähiger Graphen-Batterien. Mittels Graphen lassen sich sehr effiziente Filter für die Gewinnung von Trinkwasser aus Salzwasser herstellen. Auch im Bereich der Schutzkleidung bietet Graphen nie da gewesene Möglichkeiten. Aufgrund seiner Leichtigkeit eignet sich Graphen natürlich geradezu ideal für den Einsatz in der Raumfahrt und beim Flugzeugbau.
Warum wird es noch nicht im großen Stil eingesetzt?
Im Grunde genommen hätte die Entdeckung des Graphen schon längst zu einer industriellen Revolution führen müssen. Doch leider hat sich Graphen trotz seiner unschlagbaren Eigenschaften noch nicht durchgesetzt. Einer der Gründe dafür soll der hohe Preis des Materials sein. Denn Graphen ist in der Anschaffung viel teurer als herkömmliche Kunststoffe, Metalle oder andere Bau- und Konstruktionsmaterialien. Der Preis ergibt sich zunächst vor allem durch die aufwendige Produktion und macht Graphen zu einem Luxusprodukt. Zum Erreichen der Massentauglichkeit müssen die Herstellungsprozesse noch stark optimiert werden.