Die Geschichte von Graphene

Graphene, die viel gepriesene 2D-Matrix aus wabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen, ist das leichteste, stärkste und dünnste Material, das der Menschheit bekannt ist, sowie der beste Wärme- und Stromleiter, der je entdeckt wurde – und damit ist die Liste noch nicht zu Ende. Graphene ist Gegenstand unermüdlicher Forschung und könnte ganze Industriezweige revolutionieren, denn die Forscher stellen viele Hypothesen über mögliche Materialien und Anwendungen auf Graphenbasis auf.

Seitdem Sir Andre Geim und Sir Kostya Novoselov für ihre bahnbrechenden Experimente mit dem zweidimensionalen Material Graphene mit dem Nobelpreis für Physik 2010 ausgezeichnet wurden, ist die Aufregung um Graphene groß. Geim und Novoselov gewannen Graphene aus Graphit, indem sie die „Klebeband“-Methode anwandten, um ein Stück Graphene von einem Atom Dicke zu erhalten.

Die Verleihung des prestigeträchtigen Preises war zweifellos eine beeindruckende Auszeichnung, aber es war nicht das erste Mal, dass Graphene im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Aufmerksamkeit stand. Graphene hat eine lange Geschichte hinter sich und war eigentlich schon seit dem neunzehnten Jahrhundert im Bewusstsein.

Der englische Chemiker Benjamin Collins Brodie erkannte bereits 1859 die hochgradig geschichtete Natur von thermisch reduziertem Graphitoxid und berichtete in jenem Jahr über das Atomgewicht von Graphit. Seitdem wurde viel an Graphene geforscht, und die Arbeit von P.R. Wallace aus dem Jahr 1947 ist ein gutes Beispiel dafür – er sagte die elektronische Struktur voraus und stellte die lineare Dispersionsbeziehung fest.

Später, im Jahr 1962, veröffentlichten Boehm und Kollegen Einzelheiten ihrer Arbeit an Graphitflocken. Sie isolierten und identifizierten 1961 einzelne Graphenblätter durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Röntgenbeugung. Der Begriff „Graphene“ wurde erstmals 1987 zur Beschreibung einzelner Graphitblätter verwendet, und er wurde auch in frühen Beschreibungen von Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet. In den frühen 1970er Jahren fanden Chemiker heraus, wie man Kohlenstoff in Graphene-Monolagen auf andere Materialien aufbringen kann.

Andre Geim, Konstantin Novoselov und ihre Mitarbeiter von der Universität Manchester (Vereinigtes Königreich) und dem Institut für Mikroelektronik-Technologie in Chernogolovka (Russland) stellten ihre Ergebnisse über Graphenstrukturen im Oktober 2004 in einer Veröffentlichung vor. Sie verwendeten ein einfaches mechanisches Exfoliationsverfahren, um dünne Graphitschichten aus einem Graphitkristall mit Klebeband herauszulösen und diese Schichten dann auf ein Siliziumsubstrat zu übertragen.

Die Kontroverse um den Nobelpreis

Die Entscheidung des Nobelpreiskomitees, den Graphene-Preis 2004 zu verleihen, wurde von vielen Seiten kritisiert, und es kam zu heftigen Auseinandersetzungen über die Geschichte des Fachgebiets. Mehrere Wissenschaftler behaupteten sachliche Fehler in der Begründung des Nobelkomitees, als diese veröffentlicht und die Website anschließend aktualisiert wurde. Andere meinten, die Verleihung sei verfrüht gewesen und vielleicht hätten Arbeiten anderer Wissenschaftler in den Preis aufgenommen werden sollen. Einige Forscher wiesen auf ähnliche oder konkurrierende Leistungen anderer Personen vor 2004 hin.