In den letzten Jahren hat das Supermaterial Graphen große Aufmerksamkeit erhalten. Aber was ist Graphen? Stellen Sie sich eine Substanz vor, die 200-mal stärker als Stahl, aber 1000-mal leichter als Papier ist.
Im Jahr 2004 experimentierten zwei Wissenschaftler der Universität Manchester, Andrei Geim und Konstantin Novoselov, mit Graphit. Genau, mit dem gleichen Material, das man auf der Spitze eines Bleistifts findet. Sie waren neugierig auf das Material und wollten wissen, ob es sich in einer Schicht entfernen ließ. Dafür entdeckten sie ein ungewöhnliches Werkzeug: Klebeband.
„Man legt das Klebeband über Graphit oder Glimmer und zieht dann die oberste Schicht ab“, erklärte Heim der BBC. Graphitflocken fliegen vom Klebeband ab. Anschließend faltet man das Klebeband in zwei Hälften und klebt es auf die oberste Schicht. Anschließend trennt man die beiden Schichten wieder. Dieser Vorgang wird zehn- bis zwanzigmal wiederholt.
„Jedes Mal zerfallen die Flocken in immer dünnere Flocken. Am Ende bleiben sehr dünne Flocken auf dem Band zurück. Man löst das Band auf und alles löst sich auf.“
Überraschenderweise wirkte die Klebebandmethode Wunder. Dieses interessante Experiment führte zur Entdeckung einschichtiger Graphenflocken.
Im Jahr 2010 erhielten Heim und Novoselov den Nobelpreis für Physik für ihre Entdeckung des Graphens, eines Materials aus Kohlenstoffatomen, die in einem hexagonalen Gitter angeordnet sind, ähnlich wie Maschendraht.
Einer der Hauptgründe für die erstaunliche Wirkung von Graphen ist seine Struktur. Eine einzelne Schicht unberührten Graphens erscheint als eine Schicht aus Kohlenstoffatomen, die in einer hexagonalen Gitterstruktur angeordnet sind. Diese atomare Wabenstruktur verleiht Graphen seine beeindruckende Festigkeit.
Graphen ist auch ein elektrischer Superstar. Bei Raumtemperatur leitet es Strom besser als jedes andere Material.
Erinnern Sie sich an die Kohlenstoffatome, die wir besprochen haben? Sie alle besitzen ein zusätzliches Elektron, das sogenannte Pi-Elektron. Dieses Elektron bewegt sich frei und kann so mit geringem Widerstand Leitung durch mehrere Graphenschichten leiten.
Jüngste Forschungen zu Graphen am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben etwas nahezu Magisches entdeckt: Wenn man zwei Graphenschichten leicht (nur 1,1 Grad) aus ihrer Ausrichtung dreht, wird das Graphen zu einem Supraleiter.
Dies bedeutet, dass es Elektrizität ohne Widerstand oder Wärme leiten kann, was spannende Möglichkeiten für zukünftige Supraleitung bei Raumtemperatur eröffnet.
Eine der am meisten erwarteten Anwendungen von Graphen sind Batterien. Dank seiner überlegenen Leitfähigkeit können wir Graphenbatterien herstellen, die schneller laden und länger halten als moderne Lithium-Ionen-Batterien.
Einige große Unternehmen wie Samsung und Huawei haben diesen Weg bereits eingeschlagen und zielen darauf ab, diese Fortschritte in unsere alltäglichen Geräte zu integrieren.
„Bis 2024 erwarten wir, dass eine Reihe von Graphenprodukten auf dem Markt sein werden“, sagte Andrea Ferrari, Direktor des Cambridge Graphene Center und Forscher bei Graphene Flagship, einer Initiative von European Graphene. Das Unternehmen investiert eine Milliarde Euro in gemeinsame Projekte. Die Allianz beschleunigt die Entwicklung der Graphentechnologie.
Die Forschungspartner von Flagship entwickeln bereits Graphenbatterien, die 20 Prozent mehr Kapazität und 15 Prozent mehr Energie bieten als die besten Hochenergiebatterien von heute. Andere Teams haben Graphen-basierte Solarzellen entwickelt, die Sonnenlicht 20 Prozent effizienter in Strom umwandeln.
Zwar gibt es bereits erste Produkte, die das Potenzial von Graphen nutzen, wie beispielsweise Sportgeräte von Head, doch das Beste steht noch bevor. Ferrari bemerkte: „Wir sprechen zwar über Graphen, aber in Wirklichkeit untersuchen wir eine Vielzahl von Optionen. Die Dinge entwickeln sich in die richtige Richtung.“
Dieser Artikel wurde mithilfe künstlicher Intelligenz aktualisiert, auf Fakten geprüft und von den Redakteuren von HowStuffWorks bearbeitet.
Der Sportartikelhersteller Head hat dieses erstaunliche Material verwendet. Sein Graphene XT-Tennisschläger soll bei gleichem Gewicht 20 % leichter sein. Das ist wirklich revolutionäre Technologie!
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Veröffentlichungszeit: 21. November 2023