graphenebasierte

Graphenbasierte Materialien beziehen sich auf Materialien oder Bauteile, in denen Graphen die zentrale Komponente bildet. Graphen ist eine zweidimensionale Kohlenstofflage mit einem hexagonalen Gitter, das eine außergewöhnliche Kombination aus hoher mechanischer Festigkeit, elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie großer Oberfläche bietet.

Zu den charakteristischen Eigenschaften gehören eine hohe Zugfestigkeit (etwa 130 GPa), ein Elastizitätsmodul um rund 1 TPa, ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit (bis zu einigen Tausend W/mK). Graphen besitzt zudem eine große Oberfläche und eine hohe Oberflächenaktivität, was es zu einem effektiven Träger für funktionalisierte Gruppen macht.

Formen und Herstellung umfassen Pulver, dünne Folien oder Membranen, Graphenoxid (GO) und reduziertes Graphenoxid (rGO) sowie mehrlagige Strukturen. Typische Herstellungswege sind mechanische Exfoliation aus Graphit, chemische Dampfabscheidung (CVD) zur Herstellung von Monolayer oder few-layer Graphen, sowie lösungsbasierte oder flüssigexfoliative Verfahren. Funktionalisierung durch chemische Modifizierung oder Dotierung arbeitet an verbesserten Dispersionen und Kompatibilität mit Trägermaterialien.

Anwendungen reichen von Elektronik und Optoelektronik über Energiespeicher und -konversion bis hin zu Verbundwerkstoffen, Membranen und Sensorik. Graphenbasierte Materialien finden Einsatz in flexiblen Transistoren, transparenten Elektroden, Superkondensatoren, Lithium-Ionen- oder Lithium-Schwefel-Batterien, Wasser- und Gasfiltration, sowie in Katalyse- und Membrantechnologien.

Herausforderungen sind Kosten, Skalierbarkeit, Qualitätskontrolle, Defektmanagement und die Dispersion in Polymere oder Lösungsmittel. Standardisierung, Umwelt- und Sicherheitsaspekte sowie Recyclingfragen beeinflussen die kommerzielle Nutzung. Dennoch gelten graphenbasierte Ansätze als vielversprechend für nachhaltige Hochleistungsmaterialien.