14/01/2019 - Fortschritte bei der Serienfertigung von Grafen

Menéame

Grafen wird traditionell durch die Verarbeitung des Graphits oder der Methoden zur chemischen Ablagerung in der Dampfphase (CVD) hergestellt, von denen jedes Material unterschiedliche Eigenschaften und Qualitäten aufweist. Obwohl CVD eine skalierbare Methode ist, produziert sie nur hochwertiges Grafen-Monocaps geeignet für den Einsatz in Halbleitern.

Ein Forschungsteam unter der Leitung des Doktors Alex Jouvray de Aixtron Ltd. In Großbritannien arbeitet er bei der Serienfertigung von Grafen für kommerzielle Anwendungen. Die Idee besteht darin, die Herstellungsverfahren von CVD und Grafen auf kostengünstige Weise auf industriellem Niveau zu verbessern und gleichzeitig die Konsistenz und hohe Qualität zu erhalten. ● Unser Ziel ist es, eine industrielle Grafen-Lieferkette in Europa zu schaffen, die die verschiedenen Anwendungen dieses Materials unterstützen kann, erklärt Dr. Jouvray. Zu den Partnern des Arbeitspakets gehören ein Hersteller von Industrieausrüstungen (Aixtron Ltd), kommerzielle Hersteller von Grafen (Advanced Technology Innovation S.L., Graphenea SA und Antolin-Ingenieuring SA Group) und Endbenutzer von Grafen wie Airbus Operations SL und Aernnova.

Produktionsmethoden

Graphen-Verarbeitungsmethoden wie Peeling, Sonarisierung und Plasmabehandlung spalten Graphit in kontrollierter Weise, was zur Gewinnung von Grafenschuppen führt. Peeling ermöglicht die Herstellung von Grafenschuppen von sehr hoher Qualität, ist aber keine skalierbare Methode auf industrieller Ebene. Darüber hinaus ermöglichen Plasmabehandlung und Sonarisierung die Herstellung großer Mengen an Grafenoxid, reduziertem Grafenoxid und als Kunststoffzusatzstoffe geeigneten Nanoplatten, die in mit Glas oder Beton verstärktem Polymer integriert werden können, um Widerstandsfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit zu verleihen. Darüber hinaus eignen sich diese Materialien im Zusammenhang mit Grafen für Beschichtungen und Druckanwendungen.

Die Forscher haben zufriedenstellend eine Methode für die großflächige Deposition von Grafen auf Folien entwickelt, zusammen mit einer Beschichtungstechnologie, die hochwertige Grafen auf hochflächige Substrate überträgt. Darüber hinaus hat Avance Technology Innovation S.L. die Produktion von Grafen auf Tonnen pro Jahr erhöht, so dass es ihm ermöglicht, als Lieferant für andere Graphene Flagship-Partner zu fungieren.

Neue Produkte auf der Grundlage von Grafen

Abgesehen von den Produktionssystemen und den Grafenablagerungen wurden auch erhebliche Anstrengungen unternommen, um Graffen-basierte Produkte in einer realen Umgebung zu bewerten. In diesem Zusammenhang wurden eine ganze Reihe von Produkten, die Grafen enthalten, wie Tennisschläger, Innenverkleidungen für Autodecken sowie ein breites Spektrum an Grafen-bezogenen Materialien auf den Markt gebracht. Das Produktionspaket konzentriert sich speziell auf die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrtindustrie und die Optoelektronik.

Durch den Zusatz von Grafen zu einem Verbundmaterial mit Polymeren haben die Forscher es geschafft, einen Flammenverlangsamer Kunststoff für seine mögliche Anwendung in der Automobil- und Bauindustrie zu entwickeln. Die Integration dieser intelligenten Materialien zusammen mit effizienten Brandmeldesystemen kann die Sicherheit von Gebäuden zweifellos verbessern. Gleichzeitig werden die Flammschutzmittel angesichts des dringenden Problems der Brände in Straßenfahrzeugen zur Verbesserung der Straßenverkehrssicherheit beitragen.

Die Entwicklung verstärkter Grafenstrukturen für Luft- und Raumfahrtanwendungen ist ebenfalls von großer Bedeutung, da Grafen bessere mechanische Eigenschaften und eine höhere Leitfähigkeit von Verbundstoffen aufweist. Ingenieure und Wissenschaftler von Airbus Operations, Aernnova und Antolin-Engineering SA haben einen Prototyp eines Flugzeugbestandteils mit Graffin-basierten Verbundwerkstoffen entwickelt, die Strahlenschutz mit geringem Gewicht bieten.

Bis vor Kurzem war die Verwendung von Graphen weitgehend auf die Wissenschaft beschränkt. „Im Arbeitspaket Produktion wird die Entwicklung von Graphen vollständig von der Industrie vorangetrieben. Die Hersteller von Materialien und Anlagen müssen strenge Produktions- und Qualitätskontrollprotokolle einhalten“, erläutert Dr. Jouvray.

Grafen wird schnell als Material des 21. Jahrhunderts positioniert, so dass die Industrie mit den Produktionsprozessen Schritt halten muss. Dr. Jouvray glaubt, dass Graphene Flagship ein von der Industrie angetriebenes Ökosystem für Grafen und seine verwandten Produkte schaffen wird, das seine potenziellen Anwendungen erweitert.

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Informationsdienst der Gemeinschaft für Forschung und Entwicklung

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