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Nobelpreis

Die dünnste Folie der Welt

Die Industrie hofft, dass Graphen Computerchips, Solarzellen und Batterien effizienter machen wird.

Die dünnste Folie der Welt Die dünnste Folie der Welt
energlobe.de, Denny Rosenthal

Die Entdecker von Graphen sind mit der höchsten wissenschaftlichen Auszeichnung geehrt worden. Der Stoff hat erstaunliche Eigenschaften. Die Industrie hofft, dass Graphen Computerchips, Solarzellen und Batterien effizienter machen wird.

Mit dem Physik-Nobelpreis landete die Stockholmer Jury in diesem Jahr eine kleine Überraschung: Sie zeichnete ein sehr junges Forschungsfeld aus. Der Niederländer Andre Geim und der Brite Konstantin Novoselov erhielten den Preis für ihre Graphen-Forschung (gesprochen Grafehn). Damit haben sie einen neuen Forschungsbereich gegründet. „Seit ihrer Entdeckung ist die Forschung an dem neuen Material geradezu explodiert“, sagt Kornelius Nielsch, Professor für angewandte Physik an der Universität Hamburg. Beide Entdecker sind russischer Abstammung und erregten mit einer simplen Methode viel Aufsehen in Fachkreisen: Mit einem Klebeband lösten sie hauchdünne Schichten von einem Graphitblock ab. Durch Nachbehandlung erhielten sie schließlich eine zweidimensionale Struktur. Heute können Wissenschaftler Graphen mühelos züchten.

Graphen ist eine Variante des Kohlenstoffs. Es kommt in jeder Bleistiftmine als Grafit vor, in Milliarden übereinander geschichteten Lagen von Graphen – oder auch Graphén geschrieben, um es von den mathematischen Graphen zu unterscheiden. Es besteht aus Kohlenstoffatomen, die sich zu einem Netzwerk aus Sechsecken zusammensetzen, ähnlich einer Bienenwabe. Die Schicht ist eine Million Mal dünner als ein Blatt Papier und somit biegsam und durchlässig, aber extrem fest. Es besitzt bei Raumtemperatur eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Silber.

Dünner als Papier, härter als Diamant

In theoretischen Abhandlungen nutzen Forscher einlagige Kohlenstoffschichten, um den Aufbau und die elektronischen Eigenschaften komplexer Materialien zu beschreiben. Aber in der Praxis hielt man zweidimensionalen Strukturen lange für unmöglich, da sie als instabil galten. „Es ist einfach phänomenal, dass sie ein zweidimensionales Material in ihrem berühmten Papier von 2004 beschreiben konnten“, kommentiert Staffan Normark, Sekretär des Nobel-Komitees, die Entscheidung.

Im Alltag findet Graphen noch keine Anwendung. Die Industrie setzt allerdings große Hoffnungen in die Wunderfolie. „Spätestens in fünf Jahren werden die ersten Produkte auf dem Markt sein, die ohne Graphen undenkbar wären“, prognostiziert Physikprofessor Nielsch. Das Material könnte den Halbleiter Silizium in der Computertechnologie ablösen. Denn Graphen-Transistoren schalten bis zu tausend Mal schneller, als es die heutige Siliziumtechnik erlaubt. Die Elektronen bewegen sich mit rund 1.000 Kilometern pro Sekunde wie schwerelos durch das Material. Auch Solarzellen könnten dadurch künftig effizienter Arbeiten und billiger Strom produzieren.

Akkus mit mehr Power

Der E-Mobilität könnte der Stoff entscheidend auf die Sprünge helfen: Mit Graphen ließe sich aufgrund ihrer großen Oberfläche und des geringen Gewichts, die Leistung von Elektrobatterien in E-Mobilen deutlich erhöhen, bestätigt Nielsch. Damit verlängert sich auch die Reichweite der Fahrzeuge, was die Akzeptanz bei den Autokäufern deutlich steigern würde. Der globale Wettlauf um Lithium, dem bislang besten Material für Akkus, wäre entschärft.

Der Graphen-Forschung widmen sich allein in Deutschland mehr als hundert Physikergruppen, schätzt die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG). Außerdem fördert die deutsche Forschungsgemeinschaft 38 Einzelprojekte mit insgesamt 14 Millionen Euro in den nächsten sechs Jahren. Die Relevanz ist leicht erkennbar. Das Nobel-Komitee hat in diesem Jahr einen praxisnahen Preis für Physik vergeben, bei dem „jeder das gigantische Potenzial sofort versteht“, resümiert Normark.

Weitere Informationen:

Telefon-Interview mit Andre Geim: nobelprize.org

»DIE KRISE DER IDEE VON EINER WELTORDNUNG

(IST) DAS ULTIMATIVE INTERNATIONALE

PROBLEM VON HEUTE«

Henry Kissinger,„World Order”, August 2014