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Ein überraschender Wandel in der Peeling-Technologie: Warum 2004 den Beginn der Graphen-Revolution markierte?
Die Peeling-Technologie ist ein altes, aber vielversprechendes wissenschaftliches Verfahren, das geschichtete Materialien durch mechanische, chemische oder thermische Prozesse in Nanomaterialien trennt. Obwohl die Geschichte der Schältechnologie Jahrhunderte zurückreicht, verlieh die Entdeckung der Wissenschaftler K. Novoselov und A. Geim im Jahr 2004 diesem Bereich neue Vitalität. Sie verwendeten Klebeband (Scotch Tape), um Graphen erfolgreich zu trennen, und diese revolutionäre Leistung zog viele Aufmerksamkeit und Forschung zu dieser Technologie auf der ganzen Welt. Diese Forschung brachte den beiden Wissenschaftlern nicht nur den Nobelpreis für Physik im Jahr 2010 ein, sondern machte die Exfoliationstechnologie auch zu einer der heute am häufigsten eingesetzten Technologien zur Herstellung von Nanomaterialien.
Heute gilt die Exfoliationstechnologie als wichtige Technologie zur Herstellung von Nanomaterialien und kann in vielen Bereichen wie der Elektronik und Biomedizin eingesetzt werden.
Beim Exfolierungsprozess werden typischerweise schwache Bindungen, meist Van-der-Waals-Bindungen, aufgebrochen, um das geschichtete Material in einzelne Schichten zu trennen. Forschungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass bei Bereitstellung von ausreichender Energie sogar stärkere Bindungen, etwa metallische oder ionische Bindungen, aufgebrochen werden können, um so Nicht-van-der-Waals-Materialien wie Hafniumnitrid zu erzeugen. Daher ist die Peeling-Technologie von großer Bedeutung im Bereich innovativer Materialien und fördert die Entwicklung leistungsfähiger Elektronik, effizienter Energiespeichergeräte und leichter und robuster Materialien für die Luft- und Raumfahrt.
Geschichte der Abisoliertechnik
Von der antiken chinesischen Töpferware bis hin zur Keramik der Maya-Zivilisation gibt es Schältechniken seit Jahrhunderten. Die ersten wissenschaftlichen Forschungen datieren jedoch auf das Jahr 1824 zurück, als der Wissenschaftler Thomas H. Webb erstmals die Peeling-Technologie zur Herstellung von Amminsalzstein anwandte. Im Laufe der Zeit wurde die Forschung auf diesem Gebiet immer weiter vertieft, insbesondere im Jahr 2004, als die Arbeit von Novoselov und Jim die Peeling-Technologie in eine neue Ära führte. Auf diese Weise demonstrierten sie das Potenzial von Graphen und zogen so die weltweite Wissenschaftsgemeinschaft dazu an, in diese Technologie zu investieren und dort Forschung zu betreiben.
Im Jahr 2004 demonstrierten Novoselov und Kim mit ihrer Forschung erfolgreich das Potenzial der Stripping-Technik und machten daraus eine wichtige Produktionstechnologie.
Arten von Abisoliertechnologien
Das Exfolierungsverfahren wird hauptsächlich bei Schichtstrukturen angewendet, bei denen schwache Bindungen überwunden werden müssen, um das Material in einzelne Schichten zu trennen. Abhängig von der verwendeten Energiequelle können Peelingtechniken in drei Kategorien unterteilt werden: mechanisches Peeling, chemisches Peeling und thermisches Peeling. Diese drei Technologien haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften, Vor- und Nachteile.
Mechanisches Abisolieren
Beim mechanischen Entbinden werden Bindungen durch äußere Kräfte aufgebrochen, die im Material Spannung erzeugen. Während dieses Vorgangs kann ein Lösungsmittel hinzugefügt werden, um das Peeling zu erleichtern. Obwohl dieser Ansatz eine hohe Ausbeute und Reinheit bietet, sind seine Ergebnisse weniger vorhersehbar und erfordern häufig mehrere Wiederholungen, um eine Monoschicht des Materials zu erhalten. Allerdings handelt es sich hierbei auch um eine der frühesten Methoden zur Graphenherstellung. Im Laufe der Zeit wurde die Technologie kontinuierlich verbessert und ist nun in die Phase der Kommerzialisierung eingetreten.
Chemisches Peeling
Bei der chemischen Exfoliation handelt es sich um einen chemischen Expansionsprozess, bei dem Gastionen oder freie Elektronen genutzt werden, um den Abstand zwischen den Schichten zu vergrößern und so neue Bindungen zu bilden. Mit dieser Technologie lassen sich Materialien in größerem Maßstab produzieren und es können unterschiedliche chemische Prozesse untersucht werden. Dies regt Forscher dazu an, unterschiedliche Produktionsmethoden auszuprobieren.
Thermisches Abisolieren
Thermisches Peeling ist eine neu entwickelte Technik, die Wärme als Energiequelle nutzt, um den Peeling-Prozess zu erleichtern. Wenn die Schichtstruktur extrem hohen Temperaturen ausgesetzt wird, erzeugen die entstehenden Gase einen Druck zwischen den Schichten, der der Van-der-Waals-Anziehung entgegenwirkt. Obwohl diese Methode höhere Erträge und schnellere Reaktionsraten liefert, weist sie immer noch Mängel bei der Kontrolle der Partikelgröße auf.
Die Weiterentwicklung der Peeling-Technologie hat nicht nur die Produktion von Nanomaterialien verändert, sondern auch die Anwendung entsprechender Materialien beeinflusst und so ihre Einsatzmöglichkeiten in Wissenschaft, Medizin und Industrie weiter erweitert. Diese Vielfalt und Anpassungsfähigkeit machen die Exfoliation zu einer Schlüsseltechnologie in der modernen Materialforschung und verschiedenen Industrien. Angesichts des fortschreitenden technologischen Fortschritts stellt sich die Frage: Welche Branchen werden durch die Materialwissenschaft der Zukunft dank der Abisoliertechnologie verändert?
