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22.10.2021

30.03.2021

Netzwerk zu Anwendungen für 2D-Materialien initiiert

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Im Jahr 2004 gelang es Physikern erstmals, eine nur weniger als ein Nanometer dicke Schicht Kohlenstoff von einem Graphitkristall zu trennen, diese dünne Lage auf einen Isolator aufzutragen und so das 2D-Material Graphen zu präsentieren sowie genau zu vermessen. Sechs Jahre später erhielten Andre Geim und Konstantin Novoselov den Nobelpreis für diese Entdeckung.

Inzwischen liegen unzählige Forschungsergebnisse zu Graphen und anderen zweidimensionalen Materialien vor, die deren einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften herausstellen.

Das damit verbundene immense Potenzial für Anwendungen wollen Chemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena nun gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie ausloten.

Zu diesem Zweck haben sie, mit Unterstützung der Landesentwicklungsgesellschaft Thüringen (LEG), das Innovationsforum "2D-Mat-Net" initiiert, in dem die Jenaer Wissenschaftler Thüringer Unternehmen und Forschungseinrichtungen diese Materialien der Zukunft näherbringen und gemeinsam mit ihnen Möglichkeiten für neue Wertschöpfungsketten im Freistaat herausarbeiten. Das Netzwerk, das vom Bundesforschungsministerium initial mit rund 100.000 Euro gefördert wird, startete am 25.03.2021 mit einem digitalen Kick-Off-Workshop - eröffnet vom Thüringer Wirtschaftsminister Wolfgang Tiefensee.

Batterien und Heizung für E-Autos

"Wir möchten in unserem Netzwerk Interessierten aus Forschung sowie vor allem aus kleineren und mittleren Unternehmen zusammenbringen, die sich in Zukunft intensiver mit dieser besonderen Stoffklasse auseinandersetzen wollen", sagt Prof. Dr. Andrey Turchanin von der Universität Jena, der Koordinator des Netzwerks.

Der Jenaer Chemiker beschäftigt sich bereits seit rund 15 Jahren mit zweidimensionalen Materialien und betont deren Vielfalt: "Es gibt viele geschichtete dreidimensionale Stoffe, deren einzelne Schichten als eigenständiges zweidimensionales Material existieren können. Diese sehr dünnen Stoffe weisen beispielsweise besondere optische, elektrische oder katalytische Eigenschaften auf, die in Zukunftstechnologien gebraucht werden."

So findet sich aktuell in den meisten Lithium-Ionen-Akkus etwa Graphit als Anodenmaterial - Graphen allerdings ist aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit weitaus besser geeignet, da es schnellere Ladezeiten ermöglicht. In China soll noch in diesem Jahr das erste E-Auto mit Graphen-Batterie in Serie gehen. Auch an anderer Stelle könnten 2D-Materialien in Elektrofahrzeugen Probleme lösen. "Ein Verbrennungsmotor erzeugt Wärme, die beispielsweise den Wageninnenraum beheizt", sagt Turchanin.

"Kohlenstoffbasierte zweidimensionale Beschichtungen könnten eine alternative Wärmequelle für Elektroautos sein und unter anderem das Beschlagen von Fensterscheiben verhindern." Leitfähige Beschichtungen aus Graphen ließen sich inzwischen sogar schon in Form von Tinte auf Oberflächen drucken.

Potenziale für den Strukturwandel

Andere Anwendungsgebiete eröffnen die hervorragenden Filtrationseigenschaften von 2D-Materialien, die durch eine extrem geringe Porengröße das Trennen von Substanzen ermöglichen, die aktuell untrennbar sind. Darüber hinaus erforscht Turchanin im Rahmen von Forschungsprojekten gemeinsam mit verschiedenen Partnern die Nutzung der Stoffklasse im Bereich der Biosensorik und in der Photonik.

Während des Workshops berichteten vor allem Vertreter aus der Praxis über ihre Erfahrungen. Aus weiteren Veranstaltungen dieser Art, die stärker nach entsprechenden Anwendungsthemengebieten ausgerichtete sind, können dann größere Kooperationen hervorgehen.

"Wir möchten mit dem ,2D-Mat-Net' eine Basis schaffen für größere Projekte und Initiativen, die vielfältige und kreative industrielle Anwendungen für zweidimensionale Materialien hervorbringen und Thüringen so zu einem Hotspot auf diesem Gebiet machen", sagt der Jenaer Chemiker. "Möglicherweise liegt hier für den Freistaat eine große Chance, um dem Strukturwandel - etwa in der Sensorik, Energie- und Automobilindustrie inklusive der Zuliefererbetriebe - zu begegnen."

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Quelle: Universität Jena