Wie Graphen Elektronik, Medizin und grüne Energie beeinflusst
In der Welt der Wissenschaft hat Graphen eine ganze Revolution gemacht: Mehr als 50 Patente mit diesem Material wurden weltweit angemeldet, mehr als 50 % davon gehören China. Es wird in fast allen Bereichen eingesetzt, um die Eigenschaften des Materials zu verbessern. Hi-Tech versteht, wie Graphen unser Leben erobert und die Zukunft verändert.
Graphen wird in der Elektronik, Wasserreinigung, Medizin und sogar in Solarmodulen verwendet.
Was ist Graphen und welche Eigenschaften hat es?
Graphen ist eine Substanz aus reinem Kohlenstoff, die in Form von Schichten mit einer Dicke von einem Atom hergestellt wird. Graphen ist 200-mal stärker als Stahl und außerdem flexibel wie Gummi. Darüber hinaus leitet es effizient Strom und Wärme.
Graphen ist keine natürliche Substanz. Physiker haben seine Eigenschaften bereits in den 1960er Jahren theoretisch beschrieben, aber erst 2004 wurden sie erstmals erhalten. Als Graphen hergestellt wurde, waren seine Herstellungsmethoden sehr teuer, aber die Forscher schaffen es, die Kosten niedrig zu halten. Daher wird Graphen in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden: in der Medizin, der Elektronik für die Herstellung von Computertechnologie und anderen.
Die Doppelbindung zwischen Kohlenstoffatomen, kombiniert mit der geringen Atomdicke, erklärt die besonderen Eigenschaften von Graphen. Es wird angenommen, dass seine Fähigkeit, Strom und Wärme effizient zu leiten, auf seine kleinen und starken Kohlenstoffbindungen zurückzuführen ist.
Graphen ist eine Substanz aus reinem Kohlenstoff, die in Form von Schichten mit einer Dicke von einem Atom hergestellt wird. Graphen ist 200-mal stärker als Stahl und außerdem flexibel wie Gummi. Darüber hinaus leitet es effizient Strom und Wärme.
Was ist der Vorteil von Graphen?
Graphen kann als Rohstoff für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten verwendet werden. Die Hauptvorteile des Materials sind, dass es eine hohe Leitfähigkeit hat – 200 Mal mehr als Silizium, Wärme effizient leitet und dünn genug ist, um als zweidimensionales Material betrachtet zu werden.
Graphen ist transparent, stark, leicht, flexibel und behält dennoch seine Leitfähigkeit.
Ist Graphen gesundheitsschädlich?
Es kommt darauf an, wie es produziert wird. Heute wird in der Bioelektronik hochwertiges Graphen verwendet, das durch chemische Gasphasenabscheidung gewonnen wurde. In diesem Fall kann das Material nicht toxisch sein, da es nicht mit Zellen interagiert.
Die Forscher führten auch Arbeiten durch, bei denen sie Zellen auf Graphen und auf gewöhnlichem Glas züchteten. Es stellte sich heraus, dass sie auf Graphen aufgrund seiner Biokompatibilität viel aktiver wuchsen.
Wo wird Graphen bereits eingesetzt?
Graphen ist in der Elektronik weit verbreitet. Physiker des MIT haben einen graphenbasierten Supraleiter geschaffen, der auch in starken Magnetfeldern funktioniert. Diese Entdeckung soll genutzt werden, um superstarke MRT-Systeme und Quantencomputer zu schaffen, die ideal vor Störungen geschützt sind.
Graphen kann auch anstelle von Indium verwendet werden, einem seltenen Element, das in Touch-Geräten verwendet wird. Forscher haben ein OLED-Gerät aus Graphen entwickelt und festgestellt, dass es genauso effizient funktioniert wie Analoga aus Indium-Zinn-Oxid.
Forscher am MIT haben ultradünnes Material aus weißem Graphen hergestellt, um Gedächtnis optimal zu speichern. Die Entwickler bemerken, dass das Gerät auch nach einer Weile stabil funktioniert. Es wird angemerkt, dass die Dicke des Materials mehrere Nanometer beträgt.
Ein Team von US-Wissenschaftlern hat aus Graphen ein Hardware-Sicherheitsgerät entwickelt. Die Entwickler stellen fest, dass das Gerät aufgrund der physikalischen und elektrischen Eigenschaften von Graphen energieeffizienter und vor KI-Angriffen geschützt ist.
Graphen ist in der Elektronik weit verbreitet. MIT-Physiker haben einen Graphen-basierten Supraleiter geschaffen, der sogar in starken Magnetfeldern funktioniert.
Wo werden wir Graphen in Zukunft einsetzen?
• Die Medizin
Im Kapitel über Toxizität haben wir bereits erwähnt, dass Graphen biokompatibel ist, sodass einer der potenziellen Anwendungsbereiche die Medizin ist. Forscher sagen, dass Graphen bei der Diagnose und Behandlung von Krebs helfen könnte. Es ist geplant, einen Chip mit Graphen herzustellen, um Geräte empfindlicher zu machen.
Wann genau die Graphen-Bioelektronik breite Anwendung finden wird, lässt sich bisher nicht sagen. Forscher testen bereits Neurogeräte, Biosensoren und andere Projekte in Labors.
• Solarplatten
Ein weiteres vielversprechendes Einsatzgebiet von Graphen ist die Erzeugung grüner Energie. Beispielsweise entwickelt eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern hybride zweidimensionale Strukturen mit Graphen und Quantenpunkten. Sie wollen eine Struktur mit kontrollierten optischen und photoelektrischen Eigenschaften schaffen. Es ist geplant, es für Sonnenkollektoren zu verwenden. Ingenieure wollen ein Gerät, das effizienter arbeitet als Analoga.
• Wasserentsalzung
Andere MIT-Forscher haben gezeigt, dass Graphenoxidschaum zum Filtern von Uran in Trinkwasser verwendet werden kann. Als Ergebnis hat gefiltertes Wasser die EPA-Standards bestanden. Die Filtration dauerte mehrere Stunden. Es wird angemerkt, dass der Schaum wiederverwendet werden kann.
• Intelligente Kleidung
Wissenschaftler aus den USA haben Kleidung aus Graphenoxid hergestellt: Es kann den Träger vor Insekten schützen. Laut den Forschern können Mücken durch das entstehende Material nicht stechen. Tatsache ist, dass der Rüssel von Insekten nicht einmal die dünnste Graphenschicht passieren kann und das Material keine chemischen Signale überträgt, anhand derer Mücken das Opfer bestimmen.
Ein weiteres vielversprechendes Einsatzgebiet von Graphen ist die Erzeugung grüner Energie.
Bisher ist die Herstellung von Graphen noch ein teurer Prozess, und komplexe elektronische Geräte mit dem Zusatz dieses Materials werden von Hand hergestellt. Auch seine Produktion ist noch nicht etabliert, sodass Graphen punktuell in verschiedenen Bereichen eingesetzt wird.
