Graphen

Graphen ist eine einzelne Lage Kohlenstoffatome, angeordnet in einem Sechseckmuster wie ein Maschendraht aus Atomen. Andre Geim und Konstantin Novoselov isolierten es 2004 an der Universität Manchester mit Klebeband von einem Graphitblock und erhielten dafür 2010 den Physik-Nobelpreis.

Die Materialeigenschaften klingen nach Science-Fiction: Graphen ist das stärkste je gemessene Material (130 Gigapascal Zugfestigkeit), leitet Strom besser als Kupfer, leitet Wärme besser als Diamant und ist dabei fast vollständig transparent. Eine Hängematte aus Graphen, die eine Katze tragen könnte, würde weniger wiegen als einer ihrer Schnurrhaare.

Die industrielle Fertigung bleibt die größte Hürde. Großflächige, defektfreie Graphenschichten sind teuer herzustellen. Trotzdem wächst der Markt: Samsung hat Graphen-basierte Batterien in Entwicklung, die in 12 Minuten vollständig laden. Flexiblem Displays, extrem schnelle Transistoren und ultraleichte Verbundwerkstoffe sind weitere Anwendungsfelder. Für Weltraumaufzüge und orbitale Strukturen wäre Graphen oder das verwandte Kohlenstoffnanoröhrchen das ideale Zugmaterial, weil es die nötige Festigkeit bei minimalem Gewicht bietet.

Gerade Graphen verkörpert das Versprechen der Materialwissenschaft, dass ein einziger neuer Stoff ganze Industrien umkrempeln könnte. Stärker als Stahl, leitfähiger als Kupfer und dabei nahezu unsichtbar, klingt es wie aus einem Science-Fiction-Roman, ist aber real und mit Nobelpreis geadelt. Der Haken liegt in der Herstellung großer, makelloser Schichten, an der sich die breite Anwendung noch entscheidet. Träume wie der Weltraumlift, der ein extrem festes und zugleich leichtes Zugmaterial braucht, hängen unmittelbar an Fortschritten bei Graphen und verwandten Kohlenstoffstrukturen.