Graphen ist stärker als Stahl, dünner als Papier und könnte die Zukunft der Technologie sein.

In der Schule haben Sie wahrscheinlich gelernt, dass Kohlenstoff in zwei grundlegenden, aber sehr unterschiedlichen Formen (oder Allotropen) vorliegt. Nämlich Graphit (das weiche, schwarze Zeug mit Bleistiften) und Diamant (der superharte, funkelnde Schmuck). Das Erstaunliche ist, dass diese beiden völlig unterschiedlichen Materialien aus identischen Kohlenstoffatomen bestehen. Warum unterscheidet sich Graphit von Diamant? Weil die Atome in den beiden Materialien unterschiedlich angeordnet sind. Deshalb sind die beiden Allotrope völlig unterschiedlich: Graphit ist schwarz, matt und relativ weich. Und Diamant ist transparent und das härteste natürliche Material, das die meisten Menschen kennen.

Das haben die meisten Menschen in der Schule gelernt. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler jedoch verschiedene andere Kohlenstoffsorten mit noch interessanteren Eigenschaften entdeckt. Es gibt Fullerene (entdeckt 1985), Nanoröhren (entdeckt 1991) und …….. Graphen (entdeckt 2004).

Was genau ist Graphen?

Viele feste Materialien, mit denen wir alle vertraut sind (einschließlich der meisten Metalle), haben ein sogenanntes Kristallgitter. Dies sind viele Atome, die in einer regelmäßigen, sich endlos wiederholenden dreidimensionalen Struktur angeordnet sind. Ein bisschen wie ein nuklearer Kletterrahmen. Nur anstelle von Balken gibt es unsichtbare Bindungen zwischen den Atomen, die sie zusammenhalten. Diamant und Graphit haben beide eine dreidimensionale Struktur. Sie sind jedoch völlig unterschiedlich: In Diamant sind die Atome in dreidimensionalen Tetraedern eng miteinander verbunden. Und in Graphit sind Atome fest in zweidimensionalen Schichten verbunden, die durch relativ schwache Kräfte auf die darüber und darunter liegenden Schichten gehalten werden.

Graphen ist eine einzelne Graphitschicht. Das Besondere daran ist, dass seine Kristalllinienstruktur zweidimensional ist. Dies bedeutet, dass die Atome in Graphen flach ausgelegt sind. Denken Sie an Billardkugeln auf einem Tisch und Sie bekommen die Idee. Wie bei Graphit besteht jede Graphitschicht aus sechseckigen „Kohlenstoffringen“. Da diese Schichten nur ein Atom hoch sind, benötigen Sie einen Stapel von ungefähr drei Millionen dieser Schichten, um Graphen 1 mm dick zu machen!

Graphen oder Graphene?

Die Leute sprechen von "Graphen", wie sie von "Plastik" sprechen. Es gibt jedoch viele verschiedene Arten von Materialien auf Graphenbasis (genau wie es viele verschiedene Arten von Kunststoffen gibt), die sich alle geringfügig unterscheiden und unterschiedliche Rollen spielen. Wir kennen das Material meist nur als Grafik. Aber das Wort Graphen wird wahrscheinlich später als eine sehr breite Palette verschiedener Materialien bekannt sein. Vielleicht wird es eines Tages üblich sein, über „Graphene“ zu sprechen, während wir jetzt über „Kunststoffe“ sprechen

Was ist Graphene wie?

Wir hören nicht oft von neuen Materialien. Vielleicht, weil die meisten nicht so interessant sind. Graphen wurde erstmals im 2004 entdeckt. Und Wissenschaftler waren sehr aufgeregt darüber. Hier ist warum: Es ist superstark und steif, erstaunlich dünn, fast vollständig transparent, extrem leicht und ein erstaunlicher Strom- und Wärmeleiter. Aus diesem Grund erhalten Sie mit New More Fußboden- und Raumheizungsprodukten mehr Wärme, weniger Stromverbrauch. Wollen Sie mehr wissen?

Allgemeine Eigenschaften

Graphen ist eine sehr reine Substanz. Vor allem wegen seiner einfachen, geordneten Atomstruktur. Kohlenstoff ist kein Metall, daher können Sie erwarten, dass Graphen dasselbe ist. In Wirklichkeit verhält es sich jedoch viel mehr wie ein Metall. Einige Forscher beschreiben es als Halbmetall. Wer weiß? Was wir jedoch wissen, ist, dass Graphen außergewöhnliche Eigenschaften hat und vielleicht sogar einzigartig ist.

Starke- und Steifigkeits

Jeder, der jemals einen Bleistift benutzt hat, weiß, dass Graphit sehr, sehr weich ist. Dies liegt daran, dass sich die Kohlenstoffschichten im Graphit sehr leicht rasieren. Die Atome in diesen Kohlenstoffschichten sind jedoch sehr eng gebunden. Dies macht Graphen super stark. Noch stärker als Diamant! Graphen ist das stärkste bisher entdeckte Material. Etwa 200 mal stärker als Stahl. Aber seltsamerweise ist es sowohl steif als auch elastisch. Sie können es auf 20-25% seiner ursprünglichen Länge dehnen, ohne zu brechen.

Dünnheit und Leichtigkeit

Etwas, das nur ein Atom dick ist, ist natürlich ziemlich leicht. Aber Graphen ist so leicht, dass man ein Fußballfeld mit einer Graphenschicht bedeckt. Das Blatt wäre weniger als ein Gramm, leider hat es noch niemand ausprobiert.

Wärmeleitfähigkeit

Super stark und ultraleicht sind nicht das Ende der besonderen Fähigkeiten. Graphen leitet Wärme besser als jedes andere Material. Viel besser als Kupfer. Dies macht unsere Heizprodukte sehr schnell, effizient, stark und leicht.

Elektrische Leitfähigkeit

Materialien, die Wärme und Elektrizität leiten, verwenden dafür Elektronen. Die flache hexagonale Struktur von Graphen bietet Elektronen einen geringeren Widerstand als andere Materialien. Kupfer kommt nicht einmal nahe. Das einzige, was nahe kommt, ist ein Supraleiter. Diese werden jedoch sehr heiß und müssen gekühlt werden. Die bemerkenswerte Leitfähigkeit von Graphen funktioniert auch bei Raumtemperatur. Wissenschaftlich gesehen haben die Elektronen in Graphen einen längeren freien Weg als in jedem anderen Material. Stellen Sie sich ein starkes, leichtes und relativ kostengünstiges Material vor, das Strom mit stark reduzierten Energieverlusten leiten kann. Es kann zum Beispiel zur Stromerzeugung und zum Transport verwendet werden. Oder nur um eine längere Akkulaufzeit für Ihr Telefon zu erzielen.

Unendliche Möglichkeiten

Bei der elektrischen Leitfähigkeit geht es darum, Elektronen von einem Ort zum anderen zu bewegen. Die Manipulation dieses Elektronenflusses ist das, worum es in der Elektronik geht. Auch hier sind die elektronischen Eigenschaften von Graphen sehr ungewöhnlich. Elektronen können sich darin schnell bewegen, sodass Computerchips schneller (und mit weniger Strom) arbeiten können. Mit Graphen auch bei Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass sie sich sowohl nach den Relativitätstheorien als auch nach der Quantenmechanik verhalten. So kann Graphen verwendet werden, um Aspekte dieser Theorien zu testen. Anstatt teure Teilchenbeschleuniger oder große, leistungsstarke Weltraumteleskope zu verwenden.