Isolatorähnliches Material kann auch Strom leiten
Zuletzt aktualisiert am 1. Februar 2023 von Lars Weidmann
Graphen, eine ein Atom dicke Schicht aus Graphit, ist für seine hervorragenden elektrischen Eigenschaften bekannt. Es ist eines der stärksten bekannten Materialien und in der Lage, Strom in vier verschiedenen Leitfähigkeitsstufen zu leiten. Zusätzlich zu seinen unglaublichen elektronischen Eigenschaften hat sich Graphen auch als hervorragender Isolator erwiesen. Diese Eigenschaft macht Graphen ideal für den Einsatz in der Halbleiterelektronik und in Batterieelektroden. Allerdings war den Forschern lange Zeit nicht bewusst, dass Graphen bei Raumtemperatur auch Strom leiten kann, wenn es nass ist (hydrostatischer Druck).
Nackter Kohlenstoff leitet Strom bei Raumtemperatur.
Wissenschaftler wissen seit langem, dass Kohlenstoff ein hervorragender Leiter für Elektrizität ist. Daher waren die Wissenschaftler überrascht zu erfahren, dass Kohlenstoff bei Raumtemperatur Elektrizität leiten kann. Frühere Studien haben ergeben, dass Graphen bei Raumtemperatur ein ausgezeichneter Leiter ist. Graphen leitet jedoch Strom, wenn es nass ist (hydrostatischer Druck). Die Forscher wollten untersuchen, ob es sich bei diesem Verhalten um eine einzigartige Eigenschaft von Graphen handelt oder ob die damit verbundenen Eigenschaften von Graphen zur Herstellung anderer elektronischer Materialien auf Graphenbasis genutzt werden könnten.
Kupferstaub und Zinkoxid können ebenfalls Strom leiten.
Andere Wissenschaftler fragten sich, ob die Leitfähigkeit von Graphen auch auf andere Materialien ohne Kohlenstoff übertragen werden könnte. Indem sie Kupferstaub und Zinkoxid Wasser und einem milden Elektrolyten aussetzten, fanden die Forscher heraus, dass diese Materialien ebenfalls Strom leiten können. Tatsächlich war die Leitfähigkeit von Kupfer deutlich höher als die von Graphen. Diese Leitfähigkeit kann auf die elektrischen Eigenschaften von Kupferoxid, einem bekannten Oxid von Kupfer, zurückgeführt werden.
Bismutdekorierte Kohlenstoffnanoröhren sind ebenfalls hervorragende Leiter.
Die Wissenschaftler waren neugierig, welche anderen kohlenstoffbasierten Materialien dazu gebracht werden könnten, Elektrizität zu leiten. Bismut und Graphen wurden kombiniert, um ein mit Bismut verziertes Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu schaffen. Wismut kann aufgrund seiner hohen Ordnungszahl von 83 und seines hohen Atomgewichts von 209 von Natur aus eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Wenn Bismut-Nanoröhren Wasser und einem milden Elektrolyten ausgesetzt wurden, zeigten sie ebenfalls eine ausgezeichnete Leitfähigkeit.
Nickel-Nanodraht ist ein ausgezeichneter Leiter im festen Zustand.
Als Graphen und Nickel zu einem Material kombiniert wurden, entstand ein Material, das im festen Zustand ein ausgezeichneter Leiter ist. Diese Leitfähigkeit wurde bei einem Material entdeckt, das aus Nickel-Nanopartikeln und Graphit besteht. Besonders interessant an der Leitfähigkeit dieses Materials war, dass sie statistisch gesehen deutlich höher war als die Leitfähigkeit anderer metallischer Nickelnanodrähte.
Graphit wird ein besserer Leiter, wenn es oxidiert wird.
Wenn Graphen mit einer Kohlenstoffquelle wie Graphit kombiniert wurde, erhöhte sich die Leitfähigkeit. Die Wissenschaftler waren neugierig zu sehen, ob die Leitfähigkeit von Graphen durch die Verwendung einer anderen Kohlenstoffquelle wie Pyridin weiter erhöht werden könnte. Als Pyridin mit Graphit kombiniert wurde, war die Leitfähigkeit des resultierenden Materials mehr als zehnmal höher als die Leitfähigkeit von reinem Graphen. Diese Leitfähigkeit war deutlich höher als die von Kupfer oder Zinkoxid.
Schlussfolgerung
Wissenschaftler haben nun herausgefunden, dass Graphen bei Raumtemperatur Strom leitet, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Besonders interessant war, dass die Leitfähigkeit von Graphen zunahm, wenn Graphen mit einer Kohlenstoffquelle, wie z. B. Graphit, kombiniert wurde. Die Leitfähigkeit von Graphen war deutlich höher, wenn es mit Wismut beschichtet war. Auch Nickel-Nanodrähte erwiesen sich als hervorragende Leiter im festen Zustand. Schließlich wurde festgestellt, dass Graphit Elektrizität leitet, wenn es oxidiert wird. Alle diese Entdeckungen können zur Verbesserung der elektronischen Eigenschaften von Graphen und anderen Materialien auf Kohlenstoffbasis genutzt werden.
