Fakultät für Physik

2D-Materialien

In der Arbeitsgruppe von Prof. Marika Schleberger stehen die sogenannten „2D-Materialen“ hoch im Kurs. Diese ultradünnen Lagen stellen ein attraktives Forschungsfeld dar, weil viele 2D-Materialien völlig andere Materialeigenschaften aufweisen als in der regulären, „dicken“ Version. Dazu gehören z.B. optische und elektronische, aber auch mechanische Eigenschaften. Einen Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten der AG Schleberger bilden dabei immer noch die Arbeiten an Graphen, dem bekanntesten 2D-Material, das nur aus einer einzigen Lage Kohlenstoffatome besteht. Hier konnte zuletzt in einer Reihe von Arbeiten, u.a. im Rahmen des DFG-Projektes NUTEGRAM (eine Kooperation mehrerer internationaler Gruppen) gezeigt werden, dass man mit Hilfe eines speziellen Ionenstrahls bei richtiger Wahl der Parameter sehr gezielt Nano-Poren gut definierter Größe in freistehenden Graphenlagen erzeugen kann. Solche porösen Graphenlagen wurden als ideale „Nano-Filter“ für kleinste Teilchen, z.B. Viren vorgeschlagen, denn sie weisen die richtige Lochgröße auf (hohe Selektivität), würden aber zugleich wegen der extrem geringen Dicke keine Reibungsverluste aufweisen (hohe Permeabilität).

Um einen Nano-Filter zu bauen, kann man allerdings nicht einfach auf freistehendes Graphen zurückgreifen, denn dafür ist es trotz seiner vielzitierten Wundereigenschaften zu schwach, d.h. der Filter würde unter der mechanischen Belastung einfach reißen. Aber auch dieses Problem wurde gelöst: Es ist uns gelungen, spezielle Graphen-Kunststoff-Folien herzustellen und dann zu zeigen, dass der Ionenstrahl beim Durchgang durch diese Hybrid-Folien auch solche Nano-Poren hinterlässt, jedoch nicht nur im Graphen, sondern (in leicht anderer Form) auch in der darunter liegenden Kunststoff-Folie. Das tolle daran ist: Die Poren im Kunststoff lassen sich nach der Bestrahlung durch einen chemischen Ätzschritt beliebig vergrößern, ohne dass die Graphen-Poren davon betroffen sind! Das Graphen kann also nach dem Ätzen weiterhin als Nano-Filter fungieren, wird jetzt aber getragen von einer grob-porigen, stabilen Kunststoff-Trägerfolie, die den Zufluss des zu trennenden Gemischs kaum behindert. Ob und wie diese Nano-Filter tatsächlich ihre Aufgabe erfüllen, soll jetzt als nächstes eingehend untersucht werden.