Im Oktober vor zwanzig Jahren veröffentlichten zwei Physiker der Universität Manchester, Andre Geim und Konstantin Novoselov, eine bahnbrechendes Papier über den „elektrischen Feldeffekt in atomar dünnen Kohlenstofffilmen“. Ihre Arbeit beschreibt die außergewöhnlichen elektronischen Eigenschaften von Graphen, einer kristallinen Form von Kohlenstoff, die einer einzelnen Graphitschicht von nur einem Atom Dicke entspricht.
Etwa zu dieser Zeit begann ich mit meiner Promotion an der University of Surrey. Unser Team spezialisierte sich auf die elektronischen Eigenschaften von Kohlenstoff. Kohlenstoffnanoröhren waren der letzte Schrei, den ich freudig verfolgte. Eines Tages ermutigte mein Professor eine Gruppe von uns, nach London zu reisen, um einen Vortrag eines bekannten Wissenschaftskommunikators von der University of Manchester zu besuchen. Das war Andre Geim.
Wir wurden nicht enttäuscht. Er war für uns frisch gebackene Doktoranden inspirierend, erzählte von verrückten Freitagnachmittagsexperimenten mit schwebenden Fröschen, bevor er auf atomar dünnes Kohlenstoffmaterial zu sprechen kam. Trotzdem waren wir skeptisch gegenüber diesem Kohlenstoffkonzept. Wir konnten nicht recht glauben, dass ein Material, das man effektiv aus Bleistiftminen mit Klebeband gewinnen konnte, wirklich das war, was es vorgab zu sein. Aber wir lagen falsch.
Die Arbeit wurde rasch von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt kopiert und reproduziert. Neue Methoden zur Herstellung dieses Materials wurden entwickelt. Unglaubliche Behauptungen über seine Eigenschaften ließen es wie etwas aus einem Stan Lee-Comic klingen. Stärker als Stahl, hochflexibel, superglatt und gasundurchlässig. Ein besserer Elektronenleiter als Kupfer und ein besserer Wärmeleiter als Diamant, außerdem praktisch unsichtbar und mit einer Vielzahl exotischer Quanteneigenschaften.
Graphen wurde als revolutionäres Material gefeiert, das versprach ultraschnelle Elektronik, Supercomputer Und superstarke MaterialienWeitere fantastische Behauptungen waren Weltraumaufzüge, Sonnensegel, künstliche Netzhautsogar Unsichtbarkeitsumhänge.
Nur sechs Jahre nach ihrer ersten Arbeit erhielten Geim und Novoselov den Nobelpreis für Physikwas die Begeisterung für dieses Wundermaterial weiter anheizte. Seitdem wurden Hunderttausende wissenschaftliche Arbeiten über Graphen und verwandte Materialien veröffentlicht.
Aber nicht alle sind davon überzeugt. Wenn man die Kommentarspalten zu jedem populären Artikel über das Material durchsieht, findet man schnell Skeptiker. Wir hätten jahrzehntelang leere Versprechungen über die Auswirkungen von Graphen auf die reale Welt ertragen müssen, beschweren sie sich. Wo sind die bahnbrechenden Produkte, die unser Leben bereichern oder die Welt vor dem Klimawandel retten, fragen sie.
War Graphen also ein durchschlagender Erfolg oder ein Reinfall? Wie so oft liegt die Realität irgendwo dazwischen.
Die Höhen und Tiefen von Graphen
Was die öffentliche Wahrnehmung angeht, kann man wohl sagen, dass Graphen an einem unmöglichen Standard gemessen wurde. Die Massenmedien können Wissenschaftsgeschichten sicherlich übertreiben, um Klicks zu bekommen, aber auch Akademiker – mich eingeschlossen – sind nicht davor gefeit, ihre Lieblingsprojekte zu übertreiben oder zu spekulieren. Ich würde behaupten, dass dies sogar nützlich sein kann und dabei hilft, neue Technologien voranzutreiben. Genauso kann es aber auch zu Gegenreaktionen kommen, wenn der Fortschritt enttäuschend aussieht.
Allerdings erforderten bahnbrechende Technologien wie Autos, Fernsehen oder Plastik jahrzehntelange Entwicklungsarbeit. Graphen ist im Gesamtzusammenhang noch ein Neuling, daher ist es viel zu früh, um irgendwelche Schlussfolgerungen über seine Auswirkungen zu ziehen.
Was still und leise passiert ist, ist eine stetige Integration von Graphen in zahlreiche praktische Anwendungen. Vieles davon ist dem Graphen-Flaggschiffeine große europäische Forschungsinitiative, die von der Technischen Universität Chalmers in Schweden koordiniert wird. Ziel ist es, Graphen und verwandte Materialien aus der akademischen Forschung in reale kommerzielle Anwendungen zu bringen. Im letzten Jahrzehnt wurden so über 90 Produkte entwickelt.
Dazu zählen Mischkunststoffe für Hochleistungs- Sportausrüstunglanglebiger Rennreifen für Fahrräder, Motorradhelme die Aufprallkräfte besser verteilen, Wärmeleitfähige Beschichtungen für Motorradkomponenten und Schmierstoffe zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß zwischen mechanischen Teilen.
Graphen findet seinen Weg in Batterien Und Superkondensatorenwas schnellere Ladezeiten und längere Lebensdauer ermöglicht. Leitfähige Graphentinten werden heute zur Herstellung von Sensoren, Drahtlose Tracking-Tags, HeizelementeUnd elektromagnetische Abschirmung zum Schutz empfindlicher Elektronik. Graphen wird sogar verwendet in Kopfhörern zur Verbesserung der Klangqualität und als effizientere Wärmeübertragung in Klimaanlagen.
Graphenoxid-Produkte werden verwendet für Entsalzung, Abwasserbehandlung und Reinigung von Trinkwasser. Mittlerweile kann man eine Reihe von Graphenmaterialien von der Stange kaufen und in zahllosen anderen Produkten verwenden, und große Unternehmen, darunter SpaceX, Tesla, Panasonic, Samsung, Sony Und Apfel Gerüchten zufolge oder nachweislich verwenden alle diese Technologien, um neue Produkte zu entwickeln.
Vom Versprechen zur Praxis
Der Einfluss von Graphen auf die Materialwissenschaft ist unbestreitbar. Der Einfluss auf Konsumgüter ist greifbar, aber nicht so sichtbar. Sobald ein Material in ein funktionierendes Produkt eingebettet ist, besteht kaum noch Bedarf, es ständig zu erwähnen, und Eigentumsbedenken können Unternehmen ohnehin davon abhalten, ins Detail zu gehen. Verbraucher können daher selig sein, nichts davon zu wissen, dass ihr Auto, ihr Mobiltelefon oder ihr Golfschläger Graphen enthält, und den meisten ist es wahrscheinlich egal, solange es funktioniert.
Da sich die Produktionsmethoden verbessern und die Kosten sinken, können wir davon ausgehen, dass Graphen immer mehr Verbreitung findet. Skaleneffekte werden es zugänglicher machen und das Anwendungsspektrum wird sich wahrscheinlich weiter erweitern.
Persönlich bin ich auch nach zwei Jahrzehnten noch immer begeistert, wenn ich es im Labor für etwas Neues ausprobiere. Auch wenn ich vielleicht schuldig bin, zum anfänglichen Hype beigetragen zu haben, bleibe ich hinsichtlich des Potenzials von Graphen optimistisch. Ich warte immer noch auf meine Fahrt mit dem Weltraumlift, aber in der Zwischenzeit tröste ich mich mit der Tatsache, dass Graphen bereits dazu beiträgt, eine bessere Zukunft zu gestalten – leise und stetig.
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