Duitse wetenschappers in het gezamenlijke onderzoeksproject "FUNgraphen" vestigen hun hoop op nieuwe technologieën op een bepaalde vorm van koolstof:ze hebben nieuwe koolstofmacromoleculen en moleculaire koolstofcomposietmaterialen met speciale eigenschappen ontwikkeld. De moleculen zijn afgeleid van grafeen, een stof die bestaat uit afzonderlijke lagen koolstofatomen die in een honingraatachtig patroon zijn gerangschikt. Het proces dat voorheen nodig was om van deze stof gebruik te maken was complex en duur en dus van weinig waarde voor de meeste kunststoftoepassingen.

Een onderzoeksgroep van het Freiburg Materials Research Center (FMF) van de Universiteit van Freiburg onder leiding van de chemicus Prof. Dr. Rolf Mülhaupt, directeur van de FMF, is er nu in geslaagd grafeen te combineren met polymeren, waardoor ze geschikt zijn voor kunststoftoepassingen, en ze voorbereiden voor materiaaloptimalisatie op kilogramschaal. Het project "FUNgrafen, " gefinancierd door het federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek, wordt gecoördineerd bij de FMF met ondersteuning van een industriële adviesraad. De andere projectpartners naast het FMF zijn de Universiteit van Bayreuth, het Federaal Instituut voor Materiaalonderzoek en Testen (BAM) in Berlijn, en het Fraunhofer Instituut voor Mechanica van Materialen in Freiburg.

In de FMF worden afzonderlijke lagen koolstofatomen verwerkt, afgeleid van natuurlijk grafiet en ook hernieuwbare koolstofbronnen, zijn fysisch en chemisch gehecht aan polymeren. Het resultaat zijn gigantische koolstofmoleculen, zogenaamde macromoleculen, die minder dan een miljoenste van een millimeter dik zijn, maar breedtes van meer dan een honderdste van een millimeter kunnen bereiken. De resulterende koolstofmacromoleculen en hybride koolstofpolymeermaterialen zijn licht, duurzaam, milieuvriendelijk, en elektrisch geleidend. Bovendien, ze zijn bestand tegen hitte, Chemicaliën, en straling en zijn ondoordringbaar voor gas en vloeistoffen. "Ze hebben het potentieel om de hulpbronnen- en energie-efficiëntie van kunststoffen enorm te verbeteren, ", zegt Mulhaupt.

In aanvulling, de onderzoekers verspreidden verschillende van deze grote koolstofmoleculen in water, niet-toxische oplossingen, en kunststoffen om geconcentreerde stabiele dispersies te produceren zonder dat bindmiddelen of dispergeerhulpmiddelen nodig zijn. Deze mengsels kunnen worden gebruikt om oppervlakken te coaten en geleidende koolstoffilms te printen, evenals elektrisch geleidende micropatronen. Op deze manier, koolstof kan dure overgangsmetalen zoals palladium of indium vervangen. "De toepassingen variëren van gedrukte elektronica tot bedrukte katalysatoren met een porieontwerp voor de productie van fijnchemicaliën met eenvoudige katalysatorterugwinning, ", zegt Mülhaupt. De gedrukte geleidende koolstoflagen zijn mechanisch veel robuuster dan bedrukte indiumtinoxidelagen. De wetenschappers van het FMF zijn er ook in geslaagd om kunststoffen en rubber mechanisch te versterken met koolstofmacromoleculen en ze tegelijkertijd elektrisch geleidend te maken, bestand tegen straling, en gasdichter. Deze stoffen zijn interessante kandidaten voor toepassing in antistatische en ondoordringbare brandstoftanks en brandstofleidingen, behuizingen die zijn afgeschermd tegen elektromagnetische storingen, en gasdichte autobanden om het brandstofverbruik tijdens het transport te verminderen.

Voorbeelden uit het onderzoek van de projectpartners laten ook zien dat koolstofmacromoleculen veel veelzijdiger zijn dan de koolstofnanodeeltjes die tegenwoordig doorgaans worden gebruikt, waardoor nieuwe mogelijkheden ontstaan ​​voor de ontwikkeling van duurzame materialen en technologieën. Prof. Dr. Volker Altstädt van het "FUNgraphen"-team van de Universiteit van Bayreuth was in staat om de celgroottes in schuim aanzienlijk te verkleinen door koolstofmacromoleculen toe te voegen. Hierdoor kunnen de onderzoekers de thermische isolatie-eigenschappen van schuimen verbeteren en nieuwe, zeer efficiënt isolatiemateriaal. De "FUNgraphen"-groep onder leiding van Dr. Bernhard Schartel van de BAM is erin geslaagd de brandwerende werking van halogeenvrije vlamvertragers te vergroten door kleine toevoegingen van de nieuwe koolstofmacromoleculen toe te voegen. Een kunststof die met dit nieuwe materiaal is uitgerust, vat geen vlam, zelfs niet nadat er meerdere keren een vlam op is aangebracht - in tegenstelling tot onbeschermde kunststoffen, die bij hoge temperaturen vervormen en onmiddellijk beginnen te branden wanneer ze in contact komen met vuur.