16.07.2014 - Universität Ulm

Nano-Membran nach Maß

Neuartige Filtertechnologie mit Graphen

Es besteht aus reinem Kohlenstoff und ist ein wahrer Wunderwerkstoff: das Graphen. Es ist nur eine Atomlage dick, härter als Diamant und zugfester als Stahl. Dabei ist es hauchdünn, extrem leicht, sehr flexibel und transparent. Seine extrem hohe Wärme- und Stromleitfähigkeit lässt nicht nur die Halbleiter- und Computerindustrie aufhorchen. Auch die Europäische Union hat die Bedeutung dieses revolutionären Materials erkannt und fördert Forschungseinrichtungen und Unternehmen auf diesem Gebiet im Rahmen der sogenannten EU Graphen Flaggschiff-Initiative. Mit an Bord sind jetzt auch die Universitäten Bielefeld und Ulm, sowie die BASF und CNM-Technologies.

„Graphen gilt als eines der vielversprechenden neuen Materialien überhaupt. Nicht ohne Grund herrscht in der Graphen-Forschung so etwas wie Goldgräberstimmung“, so Professorin Ute Kaiser. Die Physikerin leitet die Materialwissenschaftliche Elektronenmikroskopie an der Universität Ulm und forscht bereits seit 2007 an der elektronenmikroskopischen Charakterisierung von Graphen. Mit der Universität Bielefeld, dem Chemie-Konzern BASF und dem Nanomembranhersteller CNM Technologies wurde nun ein gemeinsames Projekt entwickelt, das im Rahmen der „Leitinitiative zu neuen und künftigen Technologien“ der Europäischen Kommission gefördert wird. Das Eine-Milliarde-schwere, auf zehn Jahre ausgelegte EU Graphene Flagship gehört zu den bislang größten europäischen Forschungsinitiativen und soll die europäische Vorreiterrolle in der Graphen-Forschung sichern. Das Ziel: „Dieses `Wundermaterial´ so schnell wie möglich aus den wissenschaftlichen Labors zu holen und für den täglichen Gebrauch einzusetzen“, informiert die Europäische Kommission in einer Pressemitteilung.

Das Gemeinschaftsprojekt der beiden Unis und Unternehmen fokussiert dabei auf die besonderen Membran-Eigenschaften dieser denkbar dünnsten Kohlenstofflage. Graphen ist ein hervorragender Filter zur Entsalzung von Wasser, aber auch für andere Flüssigkeiten oder Gase und sogar für Biomoleküle. „Die Kunst besteht darin, durch die Gestaltung der Porengrößen, der Materialstruktur und -oberfläche die Membraneigenschaften auf unterschiedlichste Anwendungen passgenau zuzuschneiden“, erklärt Tuchanin den Forschungsauftrag der Bielefelder. „Als Unternehmen, das spezialisiert ist auf die Entwicklung und Herstellung von kohlenstoffbasierten Nano-Membranen, kümmern wir uns dann um die Übertragung der grundlegenden Forschungsergebnisse auf die industrielle Fertigung. Unser Ziel ist die großflächige Herstellung von Nano-Membranen im industriellen Maßstab“, so Dr. Albert Schnieders von CNM Technologies GmbH. Oberflächen-gebundene, einschichtige organische Moleküllagen dienen dabei als Ausgangsmaterial. Durch Pyrolyse – also thermo-chemische Spaltung – entstehen daraus sogenannte Graphen-Nanomembranen. "Wir bei BASF werden die Graphen-Nano-Membranen dann in vielfältigsten Funktionstests auf ihre praktische Eignung für diverse Anwendungen hin untersuchen“, ergänzt Dr. Kitty Cha, Graphenforscherin bei BASF SE.

„Unser Job in Ulm wird es hingegen sein, das entwickelte Material mit speziellen Gerätschaften elektronenmikroskopisch zu charakterisieren, also Porengröße, Struktur auf atomarer Skala abzubilden und zu quantifizieren“, erklärt die Ulmer Physikerin Kaiser. Zum Einsatz kommt dabei ein spezielles Niederspannungs-Elektronenmikroskop, das Aufnahmen solcher Materialen in atomarer Auflösung erlaubt. „Das EU Graphen-Flaggschiff hat eine tolle Mannschaft aus europäischen Spitzenforschern und innovativen Firmen. Wir sind sehr gespannt auf dieses gemeinsame Forschungsabenteuer“, freut sich die Elektronenmikroskopie-Expertin auf faszinierend neue Einblicke in die Nano-Welt des Kohlenstoffs.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über Uni Ulm
  • News

    Ammoniak als Wasserstoff-Vektor: Neue integrierte Reaktortechnologie für die Energiewende

    Ammoniak aus grünem Wasserstoff ist ein Energieträger mit hohem wirtschaftlichem Potenzial, der als chemischer Grundstoff, als Schiffstreibstoff oder für die stationäre Stromerzeugung eingesetzt werden kann. Zukünftig wird er in großem Umfang aus Regionen mit hohen Solar- und Windressourcen ... mehr

    Erstmals atomare Strukturdefekte in organischen 2D-Materialien aufgezeigt

    Einem Forschungsteam um die Ulmer Physik-Professorin Ute Kaiser ist es gelungen, organische 2D-Polymere an einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) auf submolekularer Ebene in bisher nie erreichter Auflösung abzubilden. Die kontrastreiche und detaillierte Abbildung macht es möglich, mol ... mehr

    Mit Sonnenlicht die Chemie-Industrie nachhaltiger machen

    Einem Forschungsteam der Universitäten Ulm und Jena ist es gelungen, die Entwicklung solargetriebener Katalysatoren entscheidend voranzutreiben. Ihre optimierten Photokatalysatoren sind effektiver als herkömmliche thermische Katalysatoren und legen damit einen Grundstein für die nachhaltige ... mehr

  • q&more Artikel

    Synthetische Rezeptoren für Viren

    Durch die Fortschritte in der Polymerchemie und Nanotechnologie können Nanomaterialien heute mit einer Vielzahl an Eigenschaften und Funktionalitäten synthetisch hergestellt werden. Dies motiviert die Herstellung bioinspirierter Strukturen und Systeme, die beispielsweise in ihren Bindungse ... mehr

  • Autoren

    Prof. Dr. Boris Mizaikoff

    Boris Mizaikoff, Jahrgang 1965, promovierte 1996 in Analytischer Chemie an der Technischen Universität Wien und hat sich im Jahr 2000 ebendort für das Fach Analytische Chemie habilitiert. Im Anschluss war er 2000–2007 am Georgia Institute of Technology (Atlanta, USA) an der School of Chemis ... mehr

Mehr über Uni Bielefeld
  • News

    Ein Sieb für Moleküle

    Lange haben Forschende versucht, das aus Kohlenstoff bestehende Graphen als eine Art Sieb zu nutzen. Aber es hat keine Poren. Nun hat ein Team ein Alternativmaterial gefunden, das die Löcher von alleine mitbringt. Forschenden aus Bielefeld, Bochum und Yale ist es gelungen, eine Schicht aus ... mehr

    Neue Weichmacher-Generation aus nachwachsenden Rohstoffen

    Plastik ist heute weltweit ein selbstverständlicher Bestandteil des Alltags. Zu finden ist es unter anderem in Autoreifen, Lebensmittelverpackungen, Spielzeug und Infusionsschläuchen. Viele Kunststoffe enthalten Weichmacher – Studien zeigen jedoch, dass sie toxisch wirken, auch ist für ihre ... mehr

    Mit winzigen Nanopartikeln zu besserem Ladungstransport

    Dreidimensionale topologische Isolatoren sind Materialien, die elektrischen Strom widerstandsfrei leiten können – allerdings nur auf ihrer Oberfläche. Dieser Effekt ist jedoch schwer messbar: Weil die Materialien üblicherweise wenig Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Volumen haben, dominiert ... mehr

  • q&more Artikel

    Die dritte Dimension

    Proteine spielen in unserem täglichen Leben eine wichtige Rolle. Dank der Proteine können wir reden, uns bewegen und denken, sie beschützen uns vor Krankheiten oder reparieren Schäden. Auch als pharmazeutische Wirkstoffe werden Proteine immer populärer, so lag 2012 in Deutschland der Anteil ... mehr

  • Autoren

    Jens Sproß

    Jens Sproß, geb. 1981, studierte Chemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und promovierte an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Seit Juni 2012 ist er am Institut für Organische Chemie I der Universität Bielefeld als Leiter der Abteilung Massenspektrometrie beschäftigt. ... mehr

Mehr über BASF
Mehr über CNM Technologies
  • Firmen

    CNM Technologies GmbH

    CNM Technologies ist ein deutsches Unternehmen, das sich auf die Entwicklung, Produktion und Vermarktung kohlenstoffbasierter Nanomembranen spezialisiert hat. Unser Firmenstandort mit den Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten befindet sich in Bielefeld. Kohlenstoffbasierte Membranen sind ... mehr