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Dec 05, 2023

„Wir verwandeln Müll in Graphen“; Das ist 200-mal stärker als Stahl, dünner als Papier und wird aus alten Reifen und Kaffeesatz hergestellt

In der Welt der Wissenschaft ist Graphen ein Thema, das alle Aufmerksamkeit erregt hat. Dieses bemerkenswerte Material besteht aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen, die in einer Wabenstruktur angeordnet sind

In der Welt der Wissenschaft ist Graphen ein Thema, das alle Aufmerksamkeit erregt hat.

Dieses bemerkenswerte Material, das aus einer einzigen Schicht wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome besteht, besitzt außergewöhnliche Eigenschaften. Es ist 200-mal stärker als Stahl, leitfähiger als Kupfer, dünner als Papier und bemerkenswert flexibel und kann sich um bis zu 125 % seiner ursprünglichen Länge dehnen.

Angesichts dieser außergewöhnlichen Eigenschaften ist es kein Wunder, dass Graphen in naher Zukunft voraussichtlich verschiedene Branchen revolutionieren wird. Es gibt sogar Spekulationen, dass Graphen eine entscheidende Rolle beim Bau des mit Spannung erwarteten Weltraumaufzugs spielen wird.

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Avadain Inc. ist ein in den USA ansässiges Unternehmen, das sich auf die kostengünstige Herstellung hochwertiger Graphenflocken mit seinem patentierten, umweltfreundlichen Verfahren spezialisiert hat. Seine hochwertigen Graphenflocken sind auf die Branchenpräferenzen zugeschnitten. Das Unternehmen zielt auf über 80 % des weltweit geschätzten 100-Milliarden-Dollar-Marktes für große, dünne und nahezu fehlerfreie Graphenflocken in High-Tech-Produkten ab.

Graphen gibt es in verschiedenen Formen und es gibt neben der Methode von Avadain auch verschiedene Möglichkeiten, es herzustellen. Einzelne Graphenschichten sind ideal für Elektronik und Optik und können durch chemische Gasphasenabscheidung hergestellt werden, allerdings nur in kleinen Mengen. Um große Mengen zu erhalten, verwenden Unternehmen üblicherweise Flüssigpeeling, eine Technik, bei der mit Säuren, Lösungsmitteln und mechanischem Mahlen Graphenflocken von Graphitbrocken abgetrennt werden. Bei dieser Methode entstehen typischerweise winzige Plättchen, die aus 20 bis 50 Graphenschichten bestehen.

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Im Jahr 2014 entdeckten der Chemiker James Tour und sein Team an der Rice University eine Methode zur Herstellung einer reinen Form von Graphen, die nur aus wenigen Schichten besteht, indem sie mit einem Laser Ruß, einen amorphen Kohlenstoff, zerspalten. Die durch kurze Laserpulse erzeugte starke Hitze brach die Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen auf und als der Kohlenstoff abkühlte, verschmolz er zu Graphen, der stabilsten Struktur. Dieser Ansatz produzierte immer noch nur geringe Mengen Graphen und erforderte erhebliche Energie.

Luong Duy fragte sich, ob diese Methode angewendet werden könnte, um eine Kohlenstoffquelle zu erhitzen und Graphen zu erzeugen.

Nachdem er mit einem Glasfläschchen mit Ruß experimentiert und es etwa 200 Millisekunden lang einer Spannung von 400 Volt ausgesetzt hatte, gelang ihm die erfolgreiche Herstellung von Graphen. Anfangs waren die Ergebnisse unterdurchschnittlich, aber nach Anpassungen zeigte ein heller gelblich-weißer Blitz an, dass die Temperatur im Inneren des Fläschchens etwa 3000 Kelvin erreichte. Chemische Tests bestätigten die Produktion von Graphen.

Das mit dieser Methode hergestellte Graphen erwies sich als ideal für Massenanwendungen. Im Gegensatz zu Graphit, wo Kohlenstoffatome in einem regelmäßigen Muster gestapelt sind, haben die kondensierten Kohlenstoffatome in diesem Graphen nicht genügend Zeit, sich auszurichten, was zu einer Struktur führt, die turbostatisches Graphen genannt wird. In diesem Material sind Graphenschichten in verschiedenen Winkeln übereinander angeordnet.

Laut Duy ist dies von Vorteil, da turbostatisches Graphen bei Zugabe zu Lösungsmitteln wie Wasser suspendiert bleibt, ohne zu verklumpen. Dadurch kann jedes Partikel des Materials effektiv mit dem Verbundwerkstoff interagieren.

Der Ausgangspunkt für die Produktion von Flash-Graphen ist erschwinglich und reichlich vorhanden. Praktisch jede organische Substanz, einschließlich Kaffeesatz, Essensreste, alte Reifen und Plastikflaschen, kann zu diesem Material verdampft werden. Wie Duy es ausdrückt: „Wir verwandeln Müll in Graphen.“

Die einzigartigen Eigenschaften von turbostatischem Graphen machen es für ein breites Anwendungsspektrum vielversprechend. Monica Craciun, Materialphysikerin an der University of Exeter, glaubt, dass dieses Material für verschiedene Zwecke von großem Wert sein wird.

„Dieses bahnbrechende Unterfangen ist von enormer wissenschaftlicher und praktischer Bedeutung“, sagte Ray Baughman, Chemiker an der University of Texas, und betonte sein Potenzial, Graphen für die Verstärkung von Asphalt und Farbe erschwinglich zu machen. „Ich wünschte, ich hätte daran gedacht.“

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Dieser Artikel „Wir verwandeln Müll in Graphen“; Das ist 200-mal stärker als Stahl, dünner als Papier und wird aus alten Reifen und Kaffeesatz hergestellt. Es erschien ursprünglich auf Benzinga.com

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