Die Visualisierung zeigt, wie sich kurze organische Moleküle zu einem großen 2D-Polymer während der Grenzflächen-Synthese vernetzen. Visualisierung: Marc Hermann, Tricklabor
Chinesische Forscher entwickeln am Zukunftselektronik-Zentrum Dresden erstmals eine Synthese für zweidimensionale Kohlenwasserstoff-Molekülnetze
Dresden, 28. September 2019. Neuartige Kunststoffnetze der TU Dresden, die nur wenige Atome dünn sind, öffnen womöglich den Weg zu innovativen Energiespeichern, besonders leistungsfähiger, dünne und biegsame Elektronik und anderen wirtschaftlich interessanten Produkten. Erzeugt hat diese zweidimensional vernetzten Moleküle Dr. Tao Zhang – er gehört zur Forschungsgruppe von Prof. Xinliang Feng am Zentrum für fortgeschrittene Elektronik Dresden („Cfaed“). Laut Einschätzung der Uni ist dies weltweit das erste Mal, das eine solche gezielte Synthese vom einzelnen Molekül hinauf zum kompletten 2D-Netz („Bottom-Up“-Methode) gelungen ist.
In der Fläche und nicht nur linear verknüpft
Es handelt sich dabei um Polymere, also vernetzte organische Moleküle. Anders als klassische Polymere, die bereits seit rund 100 Jahren bekannt sind, sind Tao Zhangs Netze aber nicht nur linear oder in Verzweigungen verknüpft, sondern es handelt sich hier um ein Molekül, das gleichmäßig wie ein Kristall in der Fläche vernetzt ist.
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Um sie herzustellen, verwendete Dr. Tao Zhang eine sogenannte Grenzflächen-Synthese, die als SMAIS abgekürzt wird. Dabei dienen Lösungsmittel als eine Art Schablone, die organische Kleinmoleküle dazu bringen, sich regelmäßig anzuordnen. Diese Struktur fügte der Forscher dann an der Grenze zwischen Luft und Wasser zu molekularen Netzen zusammen.
Die Cfaed-Forschungsgruppe für organische 2D-Materalien von Prof. Xinliang Feng an der TU Dresden. Darunter sind die STudienautoren Renhao Dong (1. Reihe ganz rechts, schwarzes Polohemd), Kejun Liu (2. Reihe, 2. von links) und Tao Zhang (ganz rechts). Foto: TUD
2D-Polymere für Elektronik und Energiespeicherung interessant
Im nächsten Schritt könnte man diese 2D-Polymere mit Fremdatomen spicken („dotieren“), so dass sie zu einer Art hauchdünnen Computerchip werden. Und da diese Netze nur wenige Nanometer (Millionstel Millimeter) dünn sind, könnten Ingenieure mit solcher organischen Dünnschichtelektronik bessere mobile Geräte, aber auch sehr kleine Sensoren, elektronisch aufgewertete Kleidung und viele andere interessante Dinge konstruieren. Allerdings müssen die Forscher dafür erst noch eine Massenproduktionsmethode für die 2D-Polymere finden.
Zur Einordnung: Tao Zhangs Polymer-Netze sind ähnlich wie Graphen – das aber aus reinem Kohlenstoff besteht – sogenannte 2D-Materialien. Diese Werkstoffe können Energie, aber auch Energieträger wie Wasserstoff gut speichern, lassen sich zu Schaltkreisen weiterverarbeiten, können aber auch die mechanischen Eigenschaften von Sportgeräten verbessern. Es gibt auch schon einige Produkte zum Beispiel mit Graphen-Beimischungen, beispielsweise Tennisschläger. Ein massenhafter Einsatz der 2D-Werkstoffe ist bisher aber nicht gelungen.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: TUD, Cfaed, Oiger-Archiv
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