Wie dieses Material aus stärkerem Stahl die Welt verändern könnte

Wie dieses Material aus stärkerem Stahl die Welt verändern könnte
Diese Geschichte erscheint in der Dezemberausgabe 2014 von . Abonnieren » Graphen ist nur ein Atom dick, aber es ist bereit, einen breiten Schatten über die Zukunft des Geschäfts zu werfen. Knapp 200 Mal stärker als Stahl, aber leichter als Papier und flexibler als ein Schlangenmensch, wird Graphen als Wundermaterial gefeiert, das Produkte und Prozesse von der Unterhaltungselektronik bis zur Biomedizin revolutionieren kann.

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Graphen ist nur ein Atom dick, aber es ist bereit, einen breiten Schatten über die Zukunft des Geschäfts zu werfen. Knapp 200 Mal stärker als Stahl, aber leichter als Papier und flexibler als ein Schlangenmensch, wird Graphen als Wundermaterial gefeiert, das Produkte und Prozesse von der Unterhaltungselektronik bis zur Biomedizin revolutionieren kann.

Das von den Physikern Andre Geim und Konstantin Novoselov 2004 erstmals für ihre Bemühungen gewonnene Graphen ist im Wesentlichen ein kristallines Kohlenstoffallotrop mit zweidimensionalen Eigenschaften. Seine Atome sind in einem sechseckigen Muster gepackt, das an Maschendraht erinnert, und es ist so dünn, dass es praktisch transparent ist. Die einzigartige Struktur überträgt sich auf thermische, elektrische und magnetische Eigenschaften, die kein anderes Material bieten kann, und die kommerziellen Anwendungen sind nahezu unbegrenzt. Zum Beispiel könnte die Flexibilität von Graphen zu Durchbrüchen bei tragbaren Geräten führen, und sein federleichtes Gewicht könnte stromlinienförmigere, treibstoffeffizientere Flugzeuge ergeben. Die Bill & Melinda Gates Foundation hat sogar 100 000 Dollar an die Universität von Manchester gespendet, um die Entwicklung von Kondomen auf Graphen-Basis zu finanzieren.

& ldquo; Graphen hat so viel Potenzial für den Einsatz in vielen verschiedenen Unternehmen und vielen verschiedenen Bereichen, & rdquo; sagt Elena Polyakova, CEO von Graphene Laboratories in Long Island, N.Y., deren Graphen-Supermarkt Nanokohlenstoff- und Graphenprodukte an mehr als 7.000 Unternehmen und akademische Kunden liefert. & ldquo; Es kann viele Materialien ersetzen, die derzeit auf dem Markt sind. & rdquo;

Graphen F & E stellt die kommerzielle Aktivität zumindest für den Augenblick in den Schatten. Die Technologieberatung Cambridge IP gibt an, dass Entwickler und Hersteller allein in den letzten fünf Jahren 13.000 Graphen-bezogene Patente angemeldet haben. Ende 2013 startete die Europäische Kommission eine 10-jährige Graphen-Forschungsinitiative, die akademische Institutionen und Universitäten zusammenbringt Industriegruppen aus 17 Nationen.

Laut einer Prognose von Allied Market Research wird der Graphenmarkt 149 $ erreichen. Bis zum Ende des Jahrzehnts betrug die weltweite Wachstumsrate von 1 Million weltweit zwischen 2014 und 2020 eine durchschnittliche Wachstumsrate von 44 Prozent, was vor allem auf das wachsende Interesse der Elektronik- und Automobilbranche zurückzuführen ist. Ein Beispiel: Im April gab Samsung Electronics in Zusammenarbeit mit der südkoreanischen Sungkyunkwan-Universität eine Graphensynthese-Methode bekannt, die die Kommerzialisierung des Materials beschleunigen und sein Potenzial für den Einsatz in flexiblen Displays und anderen hochmodernen Produkten demonstrieren wird. IBM hat außerdem eine Graphen-basierte integrierte elektronische Schaltung vorgestellt, die die Datenübertragungsgeschwindigkeit erhöht.

Aber nur weil Graphen ein Wunder ist, heißt es nicht, dass es perfekt ist. Für Anfänger, es fehlt das & ldquo; Bandlücke & rdquo; in anderen Halbleitermaterialien vorhanden, dh seine Leitfähigkeit kann nicht ein- und ausgeschaltet werden. Zu den möglichen Lösungen gehört der Bau künstlicher Pausen zum Öffnen und Schließen von Kreisläufen oder das Verändern der Grundstruktur von Graphen mit chemischen Zusätzen. Das Problem wird noch verstärkt durch hohe Herstellungskosten und Qualitätskontrollprobleme, die das Volumen an defektfreiem Graphen begrenzen, das den Forschern zur Verfügung steht.

Startups wie das in Toronto ansässige Unternehmen Grafoid, eine auf Graphen fokussierte Geschäftsentwicklungsfirma, stellen sich der Herausforderung der Produktion. Grafoid hat in den zum Patent angemeldeten MesoGraf-Prozess investiert, der aus Rohgraphiterz reines Graphen erzeugt, eine kosteneffiziente, einstufige Produktionsmethode, die aggressive Chemikalien eliminiert, die die grundlegenden Eigenschaften des Materials beeinträchtigen könnten.

Solche Prozesse haben den Vorteil, dass sie für den Planeten besser sind. In der Tat könnte die geringe Umweltbelastung von Graphen sein wahres Vermächtnis sein. Forscher der Rice University haben bewiesen, dass die Zugabe von Graphenoxid zu Bohrflüssigkeiten auf Wasserbasis die Ölgewinnung verbessern kann, indem mögliche Leckagen minimiert werden. Graphen könnte sogar einige Metalle und andere natürliche Ressourcen ersetzen, die für die Herstellung abgebaut wurden, sagt Gordon Chiu, Gründer, Präsident und CTO von Grafoid und Miterfinder von MesoGraf.

& ldquo; Stellen Sie sich vor, Sie würden etwas nehmen, das zu 100 Prozent ölabhängig ist und es nur zu 50 Prozent ölabhängig macht, indem Sie Graphen einmischen. Nicht nur ist das Produkt leichter und stärker, sondern es ist auch sicherer für die Umwelt, & rdquo; Chiu sagt. & ldquo; Ich habe immer an neue Materialien geglaubt, die die Art, wie wir Dinge tun, verändern können. Graphen ist in der Lage, die Art, wie wir als Spezies arbeiten, grundlegend zu beeinflussen, während wir immer noch technologisch fortgeschritten sind. & rdquo;