Graphen - schnelle Schaltkreise per Fotoblitz

Simples Blitzlicht wandelt Graphit-Oxid in leitendes Graphen, ohne langwierige chemische Prozesse - komplizierte Strukturen und flexible Elektronik möglich

Evanston (USA) - Die besten Ideen sind einfach und kommen wie ein Blitz: Statt aufwändiger chemischer Prozeduren nutzen Forscher der amerikanischen Northwestern University einen schlichten Kamerablitz, um das leitfähige Material Graphen herzustellen. Das kurze, heiße Licht wandelt Pulver aus Graphit-Oxid direkt zu Graphen. Eine abschirmende Muster-Maske darüber lässt gezielt Schaltkreise entstehen, berichten die Forscher im "Journal of the American Chemical Society". Ihre umweltfreundliche und kostengünstige Methode soll sich auch für Massenproduktion und transparente Elektronik eignen. Als nächstes wollen die Forscher versuchen, hauchdünne, nur eine Atomschicht messende Schichten für Schaltkreise in der Nanoelektronik herzustellen.

"Der Lichtpuls liefert sehr effizientes Erhitzen durch den photothermischen Prozess, was schnell, Energie effizient und Chemie-frei abläuft", erklärt Jiaxing Huang, Professor für Materialforschung an der Northwestern University. Gemeinsam mit Doktorandin Laura J. Cote und Gastforscher Rodolfo Cruz-Silva von der mexikanischen Universität Morelos entwickelte er den simplen Ablauf: Graphit-Oxid, als Pulver in eine dünne Schicht aufgetragen, wird von einem handelsüblichen Fotografenblitz einmal belichtet. Der Lichtpuls liefert genügend Wärme, um das Oxidpulver zu reduzieren und sich so zu verbinden, dass Schichten aus Graphen entstehen. Das entstehende "fluffige" Material besteht aus ungeordneten, locker übereinander liegenden Schichten. Mischten die Forscher feinste Kunststoffpartikel in das Graphitpulver, so verschmolz beides beim Blitzen zu einem flexiblen Material, in das das Graphen eingeschlossen, aber voll leitfähig war. Eine Photomaske mit Muster sorgte bei der Belichtung schließlich dafür, dass nutzbare Schaltkreise in flexibler Kunststoffschicht entstanden.

Die neue Methode liefert bei Raumtemperatur schnell, sauber und simpel Schaltkreise und andere leitfähige Elemente in beliebiger Form, nützlich für flexible oder auch transparente Elektronik. Graphit-Oxid ist ein günstiger Rohstoff. Die Forscher gehen davon aus, dass sich ihr Prozess auch für großindustrielle Massenproduktion eignet. Frühere Versuche hingegen, aus Graphit-Oxid Graphen herzustellen, nutzten Hochtemperatur-Erhitzen oder chemische Reduktionsprozesse, die mehrere Tage dauern konnten. Zudem mussten Hilfsstoffe mit dem Graphit-Oxid gemischt werden, die teils giftig waren, teils den Prozess behinderten, teils dabei zerstört wurden.

Als nächstes wollen Huang und Kollegen kleinere Schaltkreise im Nanometer-Maßstab herstellen, die aus nur einer einzigen Graphen-Schicht besteht, nur ein Kohlenstoffatom dick. Auch auf andere Substanzen könnte sich mit dem neuen Prozess ein Graphen-Schaltkreis auftragen lassen, etwa auf Glas oder Silizium. Graphen, hauchdünne Schichten aus Kohlenstoffatomen, wurde erst vor wenigen Jahren entdeckt und gilt als vielversprechendes Material für künftige Elektronik.