Graphen macht Schaumstoff leitfähig

Weich wie Schaumstoff, dehnbar und zugleich elektrisch leitfähig: Diese Eigenschaften vereint ein neuer Graphenschaum, den nun Wissenschaftler in einem relativ einfachen Verfahren herstellen konnten. Wie sie in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ berichten, könnte ihre Erfindung zu einem Schlüsselwerkstoff für flexible elektronische Bauteile, Displays, Akkus und Sensoren werden. Denn der Graphenschaum lässt sich bis auf ein Zehntel seiner Größe zusammendrücken und behält seine herausragenden elektrischen Eigenschaften.

Xingyi Huang und seine Kollegen von der Shanghai Jiao Tong University in China griffen für die Entwicklung ihres neuen Materials zu einem Schaumstoff aus Polyurethan, wie er auch in Spülschwämmen massenhaft genutzt wird. Den Schaumstoff tauchten sie in eine Lösung mit Graphenoxid, bei dem die extrem leitfähigen, hauchdünnen und zugleich hochfesten Kohlenstoffschichten mit Sauerstoffatomen verknüpft waren. Die Lösung drang durch alle Schaumstoffporen und Graphenoxid lagerte sich in dünnen Filmen an den Kunststoffschwamm an. Nach dem Trocknen bei 90 Grad blieben reine Graphenschichten am Schaumstoff haften und machten nur sechs Prozent des Gesamtgewichts aus.

Diese geringe Menge an Graphen reichte aus, um dem schwarzen Schaumstoff eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit zu verleihen. Wiederholt pressten die Forscher ihren Werkstoff zusammen und ließen ihn wieder auf seine ursprüngliche Größe ausdehnen, ohne dass die elektrischen Eigenschaften litten. Damit eignet sich der Graphen-Schaum für den Einsatz in flexibler Elektronik, die für die Entwicklung von roll- und faltbaren Displays gebraucht wird. Wegen der Porenstruktur weist der Graphenschaum auch eine große Oberfläche auf, wodurch er als Elektrodenmaterial für leistungsfähigere Akkus genutzt werden könnte. Frühere Studien belegten bereits, dass Graphen dank seiner einzigartigen Eigenschaften zu Stromspeichern führen kann, die zum Aufladen nur noch wenige Minuten statt einiger Stunden benötigten.

Zusätzlich zu den möglichen Anwendungen in flexibler Elektronik macht Xingyi Huang aber noch auf einen weiteren Vorteil seiner Graphenschäume aufmerksam: Dank der hauchdünnen Kohlenstoffschichten stößt das schwarze Schwammmaterial Wassertropfen sehr effizient ab. Diese hydrophoben Eigenschaften nutzten die Forscher für einen Versuch, um mit Öl belastetes Wasser zu filtern. Über 90 Prozent verschiedener ölartiger Flüssigkeiten konnten mit einer Filtermembran aus Graphenschaum aufgefangen und so vom Wasser getrennt werden. Da sich dieser Werkstoff einfach und günstig in großen Mengen produzieren ließe, kann sich Huang vorstellen, dass mit Graphenschäumen ölverseuchtes Meerwasser nach einer Tankerhavarie schneller gereinigt werden könnte.