Kohlenstoffforschung Kohlenstoff-Materialfamilie bekommt Zuwachs per „Reißverschluss“

Redakteur: Peter Königsreuther

Forscher können molekühlfeine Kohlenstofffäden jetzt per chemischem Reißverschluss zu ganzen Netzen verknüpfen, berichtet die Uni Marburg. Erfahren Sie hier, was das neue Graphen kann.

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In der rastersondenmikroskopischen Aufnahme (Mitte) zeigt ein per chemischem „Reißverschluss“ erzeugtes, neuartgies Kohlenstoff-Material diese Struktur. Daraus, heißt es, könnte man etwa elektrisch leitfähige Nanodrähte herstellen.
In der rastersondenmikroskopischen Aufnahme (Mitte) zeigt ein per chemischem „Reißverschluss“ erzeugtes, neuartgies Kohlenstoff-Material diese Struktur. Daraus, heißt es, könnte man etwa elektrisch leitfähige Nanodrähte herstellen.
(Bild: Uni Marburg / M. Gottfried / P. Liljeroth)

Man hat schon von ihnen gehört: Nanoröhrchen, Fulleren, Graphen. So heißen einige Entdeckungen von der „schwarzen Kunst“ der Kohlenstoffforschung. Nun hat man beweisen können, dass man per chemischem Reißverschluss Molekülfäden zu Kohlenstoffnetzen zusammenzuschweißen kann. Was bisher nur Theorie war, ist jetzt Realität. Laut Aussage des Chemikers Dr. Michael Gottfried, der an der Philipps-Universität Marburg forscht, ist das neuartige Material zwar mit dem Graphen verwandt, soll sich aber in den Eigenschaften zu diesem deutlich unterscheiden. Außerdem können die Materialeigenschaften verändert werden, obwohl es immer nur Kohlenstoff ist, heißt es weiter. Die Forschenden erklären, dass in Graphen jedes Kohlenstoffatom mit drei Nachbaratomen verbunden ist, so dass ein ebenes Wabenmuster aus Sechsecken entsteht. Das kennt man zwar, aber mit der neuen Methode kann man das ändern.

Die gespiegelte Kohlenstoff-Kettenstruktur macht`s möglich

Entscheidend für die Eigenschaften ist aber die Verknüpfung der Atome, ergänzt der finnische Physiker Prof. Dr. Peter Liljeroth, der mit Gottfried als Leitautor firmiert. Die Gruppe schaffte es nun, ein zweidimensionales, molekulares Netz zu knüpfen, das aber aus regelmäßig angeordneten, vier-, sechs- und achteckigen Ringmolekülen besteht. Um das zu schaffen, geht das Team so vor: auf einer glatten Goldoberfläche werden Moleküle zunächst zu Ketten verknüpft, die sich der Länge nach nebeneinander aufreihen. Dann verbinden sich benachbarte Ketten wie die zwei Hälften eines Reißverschlusses. Dabei lösen sich Wasserstoff- und Fluoratome von den Ketten ab. Gottfried betont: „Die Ketten liegen in zwei Varianten vor, die einander ähneln wie Bild und Spiegelbild – wie rechte und linke Hand. Ketten derselben Form lagern sich dabei geordnet aneinander, bevor die Verknüpfung beginnt, führt er weiter aus. Nur so entstehe die neuartige Kohlenstoffstruktur! Reagieren dagegen zwei Ketten unterschiedlicher „Händigkeit“, entsteht das bekannte Graphen.

Kohlenstoff-Nanodrähte für die elektrotechnische Zukunft

Spektroskopische Untersuchungen offenbarten dann den fundamentalen Unterschied zum verwandten Graphen. „Bereits extrem schmale Streifen des neuen Materials verhalten sich wie Metall! Das gibt es bei Graphen nicht“, so Dr. Qitang Fan aus Gottfrieds Arbeitsgruppe, der Erstautor. Diese Streifen könnten deshalb als Nanodrähte in künftigen elektronischen Schaltkreisen aus Kohlenstoff eingesetzt werden. Die neuartige Reißverschlusstechnik sei der Schlüssel, um neue Designermaterialien auf Kohlenstoffbasis zu entwickeln und ihre Eigenschaften zu erforschen.

Originalveröffentlichung: Qitang Fan, Linghao Yan & al.: Biphenylene network: A nonbenzenoid carbon allotrope, Science 2021, DOI: 10.1126/science.abg4509

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