Wissenschaftler stellen mit Hilfe eines Lasers dreidimensionales Graphen her

Graphen gilt in der Materialwissenschaft als echtes Wundermaterial. Viele der ihm zugeschriebenen Eigenschaften erhält es, weil es lediglich in zwei Dimensionen existiert, da es aus einer ein Atom dicken Lage Kohlenstoffatome besteht. Um Graphen praktisch einsetzen zu können, muss das Material jedoch oft in eine dreidimensionale Form überführt werden. Wissenschaftler aus Finnland und Taiwan haben eine recht einfache Methode entwickelt, um dies zu erreichen. Sie formen mit Hilfe eines Lasers dreidimensionale Graphen-Pyramiden.

Bild: Academy of Finland

3D-Pyramide ist 200 Mal dicker als normales Graphen

Es handelt sich bei der Methode nicht um die erste, die Graphen eine zusätzliche Dimension verpassen. 2015 gelang es Forschern der University of Illinois, Graphen zu 3D-Strukturen zu formen, indem sie es auf geformte Substrate auftrugen. Und dieses Jahr haben Forscher des MIT aus Graphen-Röhren korallenartige Strukturen geformt.

Die neue Methode scheint bisher aber die schnellste und einfachste zu sein, um dreidimensionales Graphen zu produzieren. Mit Hilfe eines Lasers, der direkt auf das Material gerichtet wird, kann dieses in eine etwa 60 Nanometer hohe Pyramide geformt werden. Das klingt nicht nach viel – entspricht aber etwa der 200-fachen Dicke der eigentlichen Graphenschicht.

„We call this technique optical forging, since the process resembles forging metals into 3D shapes with a hammer. In our case, a laser beam is the hammer that forges graphene into 3D shapes. The beauty of the technique is that it’s fast and easy to use; it doesn’t require any additional chemicals or processing. Despite the simplicity of the technique, we were very surprised initially when we observed that the laser beam induced such substantial changes on graphene. It took a while to understand what was happening“, so Mike Pettersson, einer der Autoren der Studie.

3D-Graphen verändert die Eigenschaften des Materials

Die Forscher nahmen anfangs an, dass das Graphen während des Prozesses verunreinigt wurde. Dies stellte sich jedoch als falsch heraus. „When we first examined the irradiated graphene, we were expecting to find traces of chemical species incorporated into the graphene, but we couldn’t find any. After some more careful inspections, we concluded that it must be purely structural defects, rather than chemical doping, that are responsible for such dramatic changes on graphene“, erklärt Wei Yen Woon, der ebenfalls an der Studie beteiligt war.

Das optisch geformte Graphen kann zum Einsatz kommen, um 3D-Strukturen aus Graphen zu erschaffen, die einen breiten Einsatzbereich haben. Dreidimensionales Graphen weist zudem andere optische und elektronische Eigenschaften auf als zweidimensionales.

via Academy of Finland