Reißfest, aber kaum Haftung
Bindung von Graphen an bestimmte Metalle geringer als erwartet.
Bindung von Graphen an bestimmte Metalle geringer als erwartet
Der Hightech-Kohlenstoff Graphen besitzt faszinierende Eigenschaften, so ist er zum Beispiel mehr als hundert mal zugfester als Stahl was an der starken Bindung der Kohlenstoffatome zueinander liegt. Forscher der Universität zu Köln haben jetzt herausgefunden, dass die Anbindung an bestimmte Metalle jedocerstaunlich schwach ist. Meist erzeugt man Graphen direkt auf Metalloberflächen und muss zunächst die starke Bindungen vom Metall trennen, um seine besonderen Eigenschaften zum Vorschein zu bringen. Nicht so bei dem in Köln verwendeten Iridium, das nur sehr schwach mit Graphen wechselwirkt.
Abb.: Graphen auf Ir(111) in einer Aufnahme mit einem Rastertunnelmikroskop (U. Köln)
Die Wissenschaftler der Universität zu Köln haben mit Kollegen aus Jülich, Zagreb und Grenoble den Bindungsabstand zwischen Graphen und Metall präzise gemessen. Dieser ist eine entscheidende Größe: Ein großer Abstand signalisiert eine schwache Wechselwirkung, ein kleiner Abstand wird durch eine starke chemische Bindung verursacht, die die speziellen Eigenschaften des Graphens zerstören kann. Die Forscher konnten diesen Abstand auf ein paar Hundertstel eines Atomdurchmessers genau bestimmen und er ist deutlich größer als bei den meisten anderen Metallen.
Die Messungen fanden zu einem großen Teil auch an der europäischen Großforschungsanlage ESRF im französischen Grenoble statt. Nur an einem solchen Teilchenbeschleuniger entsteht die erforderliche starke Röntgenstrahlung, die auch noch eine einstellbare Wellenlänge hat.
Mit komplizierten theoretischen Rechnungen auf dem Hochleistungscomputer Jugene am Forschungszentrum Jülich haben die Forscher ihre Ergebnisse bestätigt. Ein einzelner Computer hätte für diese Berechnungen 22 Jahre benötigt, denn gerade die schwache Van-der-Waals Wechselwirkung, die für Graphen auf Iridium die wichtigste Bindungskraft ist, war bisher für theoretische Berechnung nur schwer greifbar. Eine neue Berechnungsmethode für die Wechselwirkung zwischen Atomen gepaart mit hoher Rechenleistung hat hier eine korrekte theoretische Beschreibung der Bindung erstmals möglich gemacht.
U. Köln / OD
