Graphen gilt seit seiner Entdeckung und vor allem seit dem Nobelpreis 2010 in Physik als neues Wundermaterial für elektronische Anwendungen. Denn es ist leicht, stark, nahezu transparent, biegsam und wird als deswegen als gleichwertiger Ersatz für Indium Zinn Oxid (ITO) angesehen. Für welches schon lange nach einem Ersatzkandidaten gesucht wird.
Denn die natürlichen Indium-Vorkommen sind stark begrenzt und die Herstellung zudem relativ teuer. Außerdem ist ITO ein relativ starres Material. Mit diesem sind neue elektronische, flexible Anwendungen nicht mehr umsetzbar.
Graphen übertrifft ITO
Graphen würde alle Erwartungen erfüllen und sogar noch übertreffen. Allerdings stellt die kostengünstige Herstellung von Graphen die Wirtschaft bislang noch vor eine große Herausforderung. Denn Graphen wächst weder auf Bäumen, noch kann man es irgendwo ausbuddeln. Es gibt zwar weltweit zahlreiche Forschungsprojekte und die EU unterstützt diese teilweise mit finanziellen Mitteln. Aber es gibt noch kein industrielles Herstellungsverfahren, welches eine kostengünstige, großflächige Graphen-Produktion ermöglicht.
Qualität versus Preis
Die bisherigen Verfahren zur Graphen-Herstellung unterscheiden sich stark in der Qualität oder dem Preis. Natürlich braucht man abhängig von der gewünschten Anwendung nicht immer gute Qualität und kann dadurch Abstriche beim Preis machen. Dennoch ist es auf lange Sicht wichtig für die Wirtschaft ein einheitliches Verfahren zu entwickeln dass einen niedrigen Produktionspreis garantiert.
Beispielsweise ist Graphenoxid (GO) als Pulver relativ günstig und kann für Anwendungen in der Biotechnologie eingesetzt werden (z.B. für DNA-Analysen). Da die elektronischen Eigenschaften im Moment nicht ausreichend gut für Batterien, flexible Touchscreens, Solarzellen, oder LEDs sind, wäre es in solchen Anwendungsgebieten aktuell jedoch noch nicht so gut aufgehoben.
Dann gibt es noch mechanisch abgetragenes Graphen. Welches in hochwertigen, kleinen Flocken geliefert wird und die besten physikalischen Eigenschaften besitzt. Allerdings ist es hier nicht möglich kostengünstig große Flächen für geeignete Anwendungen zu produzieren.
CVD Verfahren rückt in den Vordergrund
Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung mittels CVD-Verfahren, welche eine ausreichend gute Qualität für fast jede Graphen-Anwendung liefert. Aber auch hier ist der Preis abhängig vom verwendeten Produktionsvolumen und dem eingesetzten Substrat (z. B. Kupfersubstrat oder Silber etc.). Für die großflächige Synthese von Graphen gibt es jedoch jetzt schon verschiedener Verfahren. Als zukunftsträchtig hat sich die chemische Dampfabscheidung (engl.: Chemical vapour deposition) erwiesen, über welche wir in einem älteren Artikel schon berichtet haben.
Fazit
Wir sind gespannt, welches Land letztlich den Durchbruch für ein passables Herstellungsverfahren als erstes schafft. Denn die Graphen Preise sind trotz allem noch lange nicht so hoch, wie man sie von einer so jungen Technologie erwarten würde. Und es gibt zahlreiche finanzielle Unterstützung seitens der EU die dafür sorgt, dass es in diesem Bereich zügig voran geht.
