Ein chemischer „Rei\u00dfverschluss“ erm\u00f6glicht ein „neues Graphen“. Ein Deutsch-finnisches Team aus den Materialwissenschaften entwickelt ein neuartiges Designermaterial.
\nEin chemischer Rei\u00dfverschluss macht es m\u00f6glich, Molek\u00fclf\u00e4den zu Kohlenstoffnetzen zusammenzuschwei\u00dfen, die sich von dem verwandten Werkstoff Graphen deutlich unterscheiden. Das zeigt ein internationales Forschungsteam unter Marburger Leitung im Wissenschaftsmagazin „Science“. Die neue Methode er\u00f6ffnet M\u00f6glichkeiten f\u00fcr weitere ma\u00dfgeschneiderte Materialien, erwarten die Autorinnen und Autoren um den Chemiker Prof. Dr. Michael Gottfried von der Philipps-Universit\u00e4t.
\nDie \u00c4ra der ma\u00dfgeschneiderten Werkstoffe aus Kohlenstoff hat mit Nanor\u00f6hrchen, Fulleren, Graphen l\u00e4ngst begonnen. „In Graphen ist jedes Kohlenstoffatom mit drei Nachbaratomen verbunden, so dass ein ebenes Wabenmuster aus sechseckigen Ringen entsteht“, erkl\u00e4rte Gottfried. „Obwohl bereits zahlreiche andere Muster mit gr\u00f6\u00dferen oder kleineren Ringen vorgeschlagen worden sind, war bisher unklar, ob es solche Materialien gibt und wie sie hergestellt werden k\u00f6nnten.“
\n„Die Eigenschaften k\u00f6nnen sehr unterschiedlich sein, auch wenn es sich immer um Kohlenstoff handelt“, erg\u00e4nzte der finnische Physiker Prof. Dr. Peter Liljeroth, der zusammen mit Gottfried als Leitautor firmiert. „Entscheidend ist die Verkn\u00fcpfung der Atome“ Die Gruppe erzeugte ein flaches zweidimensionales Netz, das aus vier-,
\nsechs- und achteckigen Ringen besteht. „Die Ringe sind in diesem sogenannten Biphenylen-Netzwerk v\u00f6llig regelm\u00e4\u00dfig angeordnet“, erl\u00e4uterte Gottfried. „Die besondere Struktur ist jedoch nicht schon in den Vorl\u00e4ufermolek\u00fclen angelegt, aus denen das Netz aufgebaut wird; vielmehr bilden sich die vier- und achteckigen Ringe erst, w\u00e4hrend das Netz gekn\u00fcpft wird.“
\nDazu entwickelte das Team eine neue Methode: Auf einer glatten Goldoberfl\u00e4che werden Molek\u00fcle zun\u00e4chst zu Ketten verkn\u00fcpft, die sich der L\u00e4nge nach nebeneinander aufreihen. Dann verbinden sich benachbarte Ketten wie die zwei H\u00e4lften eines Rei\u00dfverschlusses, wobei sich Wasserstoff- und Fluor-Atome von den Ketten abl\u00f6sen.
\n„Ein wichtiger Punkt dabei: Die Ketten liegen in zwei Varianten vor, die einander \u00e4hneln wie Bild und Spiegelbild, wie rechte und linke Hand“, legte Gottfried dar. Ketten derselben Form lagern sich geordnet aneinander, bevor die Verkn\u00fcpfung beginnt. „Dies ist entscheidend, denn nur so entsteht die neuartige Kohlenstoffstruktur“, f\u00fchrte der Chemiker weiter aus: „Reagieren dagegen zwei Ketten unterschiedlicher H\u00e4ndigkeit, so entsteht das schon bekannte Graphen.“
\nAnschlie\u00dfend untersuchte die Forschungsgruppe mittels spektroskopischer Verfahren, welche Eigenschaften das Material aufweist. Dabei stie\u00df sie auf einen fundamentalen Unterschied zum verwandten Graphen.
\n„Die Charakterisierung ergab, dass sich bereits extrem schmale Streifen des neuen Materials wie ein Metall verhalten, was bei Graphen nicht der Fall ist““, erl\u00e4uterte der Erstautor Dr. Qitang Fan aus Gottfrieds Arbeitsgruppe. „Diese Streifen k\u00f6nnten daher als Nanodr\u00e4hte in k\u00fcnftigen elektronischen Schaltkreisen aus Kohlenstoff eingesetzt werden“
\nie Methode erscheint vielversprechend. „Unsere Rei\u00dfverschlusstechnik ebnet den Weg, um neue Designermaterialien auf Kohlenstoffbasis zu entwickeln und ihre Eigenschaften zu erforschen“, schlussfolgern die Autorinnen und Autoren aus den Ergebnissen.
\nGottfried lehrt Physikalische Chemie an der Philipps-Universit\u00e4t. Er geh\u00f6rt au\u00dferdem dem Marburger Sonderforschungsbereich 1083 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) an, der sich mit „Struktur und Dynamik innerer Grenzfl\u00e4chen“ befasst.
\nLiljeroth leitet die „Atomic Scale Physics“-Gruppe an der Universit\u00e4t Aalto in Finnland. Dar\u00fcber hinaus beteiligte sich der Marburger Chemiker Prof. Dr. Ulrich Koert an der Forschungsarbeit. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft, der Europ\u00e4ische Forschungsrat, die Alexander-von-Humboldt-Stiftung und weitere F\u00f6rderorganisationen haben die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler finanziell gef\u00f6rdert.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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