Schwarz, flexibel, stabil: Papier aus hauchdünnen Graphen-Lagen

Aus Kohlenstoff bestehen viele altbekannte und nagelneue Materialien mit vielseitigen Eigenschaften. Nach Ruß, Nanoröhrchen, Fullerenen oder Kohlefasern, Graphit oder Diamant fertigten nun amerikanische Forscher ein nach eigenen Angaben extrem festes Papier aus Graphen.

Hauchdünne Graphenfolien
Hauchdünne Graphenfolien

Evanston (USA) -

Dieser Werkstoff ist eigentlich nur eine einzige Atomlage dick, konnte nun aber in hunderten von Schichten zu einem greifbaren, papierartigen Material zusammengefügt werden. Wie die amerikanischen Forscher in der Zeitschrift "Nature" berichten, könnte dieser neue Werkstoff für Membranen, Superkondensatoren und als Basis für stabile Kompositwerkstoffe genutzt werden.

"Mein Traum war, Graphit in einzelne Schichten zu zerlegen und diese dann auf verschiedenen Wegen wieder zusammenzusetzen", sagt Rodney S. Ruoff von der Northwestern University in Evanston. Um dieses Ziel zu erreichen, oxidierte Ruoff zuerst schlichtes Graphit zu Graphitoxid. In einem Wasserbad unter Ultraschall stoßen sich darauf die Sauerstoffatome von den Wassermolekülen ab und das Material trennt sich in einzelne Graphenoxid-Schichten auf.

In einem relativ einfachen Trocknungsverfahren ließen die Wissenschaftler die einzelnen, extrem dünnen Schichten sich auf einer Membran absetzen. Mit Dicken zwischen einem und 30 Mikrometern konnte dieses tiefbraune bis schwarze Material problemlos von der Trägermembran abgeschält werden. Unter Belastung erwies sich dieses Material bis zu zehnmal stabiler als flexible Graphitfolien. Das Elastizitätsmodul, ein Wert für die Bruchfestigkeit eines Werkstoffs, bestimmten die Forscher auf bis zu 42 Gigapascal. Damit soll das Graphenoxid-Papier selbst stabiler als vergleichbare Folien auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein.

Ruoff und Kollegen glauben, dass sich ihr Graphenoxid als Basis für vielseitige Kompositwerkstoffe kombiniert mit Polymeren, Metallen oder Keramiken verwenden ließe. Zudem wollen sie über den Anteil an Sauerstoff die elektronischen Eigenschaften gezielt verändern. Mögliche Anwendungen liegen beispielsweise bei so genannten Superkondensatoren als kurzfristige Stromspeicher.