Forscher stellen ultrafestes Graphenoxidpapier mittels Stereolithografie her

Graphen ist derzeit eines der meist erforschten Materialien, was es nicht nur seiner unglaublichen Härte zu verdanken hat, sondern auch seiner Dicke, die mit nur einem Atom ungefähr eine Million Mal dünner ist als ein menschliches Haar. Nun sehen auch Forscher der Concordia University in Montreal in Graphenoxid den Schlüssel zu Materialien mit bisher unbekannter Festigkeit.

Dafür nutzt das Team die Photohärtung, die Technologie hinter dem stereolithografischen 3D-Druck, um selbstorganisierte Graphenoxidstrukturen herzustellen. Obwohl bisherige Versuche, die Eigenschaften von Graphen im mikroskopischen Bereich auch auf reale Anwendungen im makroskopischen Bereich zu übertragen, fehlgeschlagen sind, ist das Team zuversichtlich hierfür eine Lösung zu finden.

Ein vielversprechender Ansatz ist es, per Selbstmontage Graphenoxidschichten zu Flüssigkristallen umzustrukturieren, da Flüssigkristalle potenziell in feste makroskopische Strukturen umgewandelt werden könnten.

Und tatsächlich hat dies bisher funktioniert: Dünne Gegenstände wie Papier, Fasern oder Aerogele konnten so erzeugt werden. Auch wenn die Verfahren, mit dem diese bisherigen Gegenstände erzeugt werden konnten, im Bezug auf Dicke und Komplexizität beschränkt sind, zeigt es doch einen Rahemn, in dem die Methode funktioniert.

Der Ansatz der Photohärtung

Das Team der Concordia University nimmt sich jedoch einem anderem Ansatz an: der Fotohärtung. Als Vorbild dient hier das Verfahren der Stereolithografie, es wird also zunächst Graphen in Alkohol dispergiert und anschließend mit Bis(4-methylphenyl)-Jodoniumhexafluorophosphat, einem handelsüblichen Fotoinitiator, der in den meisten 3D-Druckharzen enthalten ist, vermengt. Ähnlich wie bei dem 3D-Druck wird diese Flüssigkeit mit UV-Licht ausgehärtet und ein dünnes Graphenoxidblatt entsteht. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist seine Ähnlichkeit mit dem des 3D-Drucks. Laut dem Forscherteam ist das Verfahren problemlos mit jenem des 3D-Drucks  kombinierbar, was die Vorteile von Graphen und denen des 3D-Drucks kombiniert.

Ultrafestes Graphenoxid-Papier

Das neuartige Graphenoxidpapier wurde einer Reihe von Zugtests unterzogen. Hier konnte festgestellt werden, dass die mechanischen Eigenschaften vergleichbar sind mit jenem Graphenoxidpapier, das durch die herkömmliche Vakuumfilterung hergestellt wurde.

Das Team sagt dazu: “Wir zeigen, dass es möglich ist, Graphenoxid-Flüssigkristalle durch Photohärtung herzustellen. Die Photohärtung von Graphenoxid-Flüssigkristallen ermöglicht dickere und möglicherweise kompliziertere Strukturen als die, die mit den derzeitigen Methoden wie der Vakuumfilterung oder dem Nassschleudern möglich sind.”

Weiters geplant ist für das Concordia Team die Größerskalierung des Verfahrens, so dass große Strukturen mittels 3D-Druck gefertigt werden können.

Die vollständige Studie finden Sie hier.
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