Menschlicher Schweiß als Rohstoff für die Graphenherstellung
Per Fingerabdruck haben Saarbrücker Forscher das als Wundermaterial geltende Graphen hergestellt. Sie sind damit einer kostengünstigen Technik auf die Schliche gekommen, die den Weg zur großtechnischen Nutzung von Graphen ebnen könnte.
"Da sind ja Fingerabdrücke drauf": Während Kinder auf der Spielwarenmesse in Nürnberg mit dem Experimentierkasten "ScienceX Spurensicherung am Tatort" nach Fingerabdrücken suchen, haben Forscher der Universität des Saarlandes ein Verfahren entdeckt, wie man aus Fingerabdrücken feinste Graphenstrukturen herstellen kann.
Foto: dpa/Daniel Karmann
Aus allen Flüssigkeiten, die Kohlenstoff enthalten, lässt sich das als Wundermaterial geltende Graphen herstellen. Das haben Saarbrücker Wissenschaftler vor ein paar Jahren schon bewiesen – zunächst mit Aceton, mit dem sich im Normalfall Fingernägel von Lack befreien lassen. Seitdem haben die Forscher es mit verschiedenen Ausgangsstoffen probiert.
Fingerabdrücke werden zu feinstem Graphen
Zuletzt wurden sie, wie es scheint, übermütig. Sie pressten schweißnasse Fingerspitzen auf eine Unterlage, wie bei der erkennungsdienstlichen Behandlung in der Polizeiwache. „Ein Fingerabdruck auf der Probe ist eigentlich ein Tabu in der Oberflächenanalytik“, erläutert Forscher Frank Müller. Schweiß bestehe aus einem unkontrollierten Gemisch zahlreicher komplexer Kohlenstoffverbindungen, unter anderem Fettsäuren und Salze.
Die in Schweiß enthaltenen Kohlenstoffverbindungen sind der Schlüssel für die Graphenherstellung. Die Saarbrücker Forscher behandelten ihre Fingerabdrücke wie alle anderen Proben zuvor und schoben sie in einen Vakuumofen. Erstaunliches Ergebnis: Am Ende der Prozedur hatten sich die Fingerabdrücke in feinstes Graphen verwandelt. „Die Flüssigkeit des Fingerabdrucks funktioniert bei der LPD-Synthese ebenso gut wie ein synthetischer Precursor“, so Müller.
In der Abbildung ist der schematische Zerfall eines molekularen Precursors sowie die Bildung einer monoatomaren Kohlenstoffschicht (Graphen) auf dem Metallsubstrat zu sehen.
Quelle: Universität des Saarlandes
Was eher nach einem Studentenulk aussieht, hat einen ernsten Hintergrund. Das Forscherteam um Physik-Professor Stefan Hüfner und Hermann Sachdev, Privatdozent für Anorganische Chemie an der Universität des Saarlandes, wollte demonstrieren, dass ihr neues Produktionsverfahren für Graphen so robust ist, dass es sich für den industriellen Einsatz eignet.
Graphen-Strukturen entstehen im Vakuumofen bei 700 Grad
Anders als bei der kontrollierten Abscheidung von Kohlenstoff aus der Gasphase setzen die Saarbrücker Wissenschaftler gemeinsam mit Kollegen der Universitäten Augsburg und Nottingham in Großbritannien auf flüssige Ausgangsmaterialien, so genannte Precursors. Sie sprühen diese auf eine Unterlage, etwa eine Silberfolie. Anschließend wandert die Probe in einen Vakuumofen. Dort verdampft die Flüssigkeit bei einer Temperatur von bis zu 700 Grad Celsius. Übrig bleibt eine einzige Lage von Kohlenstoffatomen, die sich in Sechsecken anordnen.
„Wir konnten zeigen, dass es einen universellen Bildungsweg für Graphen gibt“, sagt Sachdev. „Dieser Bildungsweg führt immer über die gleichen molekularen Zwischenstufen aus zwei Kohlenstoff-Atomen, unabhängig davon, welche Vorläufermoleküle wir gewählt haben.“ Jetzt wissen sie, dass es selbst mit exotisch anmutenden Flüssigkeiten wie Schweiß funktioniert.
Breites Anwendungsspektrum für Graphen
Die Graphenherstellung aus der Flüssigphase könnte ein großes Hindernis für eine Massenanwendung des Materials beseitigen: die heute noch sehr hohen Produktionskosten. Aus Graphen lassen sich unter anderem Transistoren bauen, die 1000 Mal schneller schalten als die aus Silizium. Oder besonders abriebfeste Reifen, elektrisch leitende Kunststoffe, Seile, die um ein Vielfaches reißfester sind als solche aus Stahl, und Dämmmaterial für Gebäude, das weitaus weniger Wärme passieren lässt als heute genutztes Material. Die Zahl der Anwendungsmöglichkeiten steigt beinahe täglich an.
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