Origami-Kranich im Kupfer-Kleid
Mit einem weiteren Versuch demonstrierte das Potsdamer Team, wie sich mit ihrer Methode dreidimensionale, leitfähige Strukturen erzeugen lassen. Dafür falteten sie einen Papierbogen zu einem Origami-Kranich, den sie mit dem Katalysator tränkten und zu Graphit buken. „Die dreidimensionale Form blieb dabei vollkommen erhalten, bestand nach dem Prozess aber durch und durch aus leitfähigem Kohlenstoff“, sagt Stefan Glatzel. Das zeigte er wiederum, indem er den Origami-Vogel elektrolytisch mit Kupfer überzog. Jeder Fleck der Bastelarbeit präsentierte sich danach in kupfernem Glanz.
Wie die katalytische Umsetzung abläuft, klärten die Max-Planck-Wissenschaftler schließlich auch noch auf. Sie drehten mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop nämlich einen Film des Prozesses und beobachteten auf diese Weise, dass der Katalysator in Form von Nanotröpfchen einer Eisen-Kohlenstoffschmelze durch das Papier wandert und dabei Graphit zurück lässt. Auch dieser Aspekt könnte für mögliche Anwendungen des Verfahrens interessant sein. Denn wenn Chemiker besser verstehen, was dabei passiert, können sie die Reaktion auch genauer steuern. Und das gilt nicht nur für die Produktion von Papier-Elektronik sondern auch für die Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wo Eisen bereits seit längerem als Katalysator eingesetzt wird.
Aus dünnem Papier könnten sich Graphen-Strukturen erzeugen lassen
Mit dem Video der Graphit-Bildung haben die Forscher einen umfassenden Einblick in die katalytische Umwandlung gewonnen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden sie nun versuchen, einen Disput über den Mechanismus der Umsetzung zu beenden. Einige ihrer Fachkollegen vermuten nämlich, dass die Reaktion im festen Zustand abläuft. „Unsere Studie deutet jedoch auf die Bildung einer Schmelze, eines sogenannten Eutektikums, hin.“ sagt Cristina Giordano. „Interessant ist hierbei, dass Eisen allein erst bei rund 700 Grad höheren Temperaturen schmilzt.“
Warum die Mischung aus Eisen und Kohlenstoff bei relativ niedrigen Temperaturen schmilzt, untersucht das Team von Cristina Giordano nun näher. Möglicherweise lässt sich der Effekt nämlich auch an anderer Stelle ausnutzen. Zudem werden die Forscher weiter das Potenzial der Papier-Elektronik ausloten. So wollen sie nicht nur die magnetischen Eigenschaften ausnutzen, die das Material dem Eisencarbid verdankt. Indem sie die Papierstärke reduzieren, und den Prozess geschickt steuern, wollen sie auch Leiterbahnen aus Graphen erzeugen. Bei Graphen handelt es sich um ein einzelnes der Kohlenstoffblätter, die sich im Graphit übereinander stapeln. „Außerdem werden wir Graphit mit anderen Materialien kombinieren“, erklärt Giordano. Der Tintenstrahldrucker macht es möglich. Denn aus seinen Kartuschen lassen sich außer der Eisennitrat-Lösung auch Lösungen anderer Metallsalze oder Dispersionen, die im Wasser feinverteilte Metallpartikel enthalten, zu Papier bringen.
(Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung)
