Tyska forskare i det gemensamma forskningsprojektet "FUNgraphen" sätter sina förhoppningar om ny teknik på en viss form av kol:De har utvecklat nya kolmakromolekyler och molekylära kolkompositmaterial med speciella egenskaper. Molekylerna är härledda från grafen, ett ämne som består av enskilda lager av kolatomer ordnade i ett bikakeliknande mönster. Processen som tidigare var nödvändig för att använda detta ämne var komplex och dyr och därför av ringa värde för de flesta plasttillämpningar.

En forskargrupp vid Freiburg Materials Research Center (FMF) vid University of Freiburg ledd av kemisten Prof. Dr. Rolf Mülhaupt, verkställande direktör för FMF, har nu lyckats kombinera grafen med polymerer, gör dem lämpliga för plastapplikationer, och förbereda dem för materialoptimering i kilogramskala. Projektet "FUNgraphen, "finansierad av det federala ministeriet för utbildning och forskning, samordnas vid FMF med stöd från en industriell rådgivande nämnd. De andra projektpartnerna förutom FMF är University of Bayreuth, Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) i Berlin, och Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials i Freiburg.

I FMF bearbetar enskilda lager av kolatomer, härrörande från naturlig grafit och även förnybara kolkällor, är fysiskt och kemiskt bundna till polymerer. Resultatet är gigantiska molekyler av kol, så kallade makromolekyler, som är mindre än en miljondels millimeter tjocka men kan uppnå bredder på mer än en hundradels millimeter. De resulterande kolmakromolekylerna och kolpolymerhybridmaterialen är lätta, hållbar, miljövänlig, och elektriskt ledande. Dessutom, de är resistenta mot värme, kemikalier, och strålning och är ogenomträngliga för gas och vätskor. "De har potentialen att avsevärt förbättra resurs- och energieffektiviteten för plast, säger Mülhaupt.

Dessutom, forskarna spred flera av dessa stora kolmolekyler i vatten, giftfria lösningar, och plaster för att producera koncentrerade stabila dispersioner utan att kräva vare sig bindemedel eller dispergeringshjälpmedel. Dessa blandningar kan användas för att belägga ytor och trycka ledande kolfilmer samt elektriskt ledande mikromönster. På det här sättet, kol kan ersätta dyra övergångsmetaller som palladium eller indium. "Applikationerna sträcker sig från tryckt elektronik till tryckta katalysatorer med en pordesign för tillverkning av finkemikalier med enkel katalysatoråtervinning, " säger Mülhaupt. De tryckta ledande kolskikten är mycket mer mekaniskt robusta än tryckta indiumtennoxidskikt. Forskarna vid FMF lyckades också mekaniskt förstärka plaster och gummi med kolmakromolekyler och samtidigt göra dem elektriskt ledande, resistent mot strålning, och mer gastät. Dessa ämnen är intressanta kandidater för användning i antistatiska och ogenomträngliga bränsletankar och bränsleledningar, höljen som är skärmade mot elektromagnetiska störningar, och gastäta bildäck för att minska bränsleförbrukningen vid transporter.

Exempel från projektpartners forskning visar också att kolmakromolekyler är mycket mer mångsidiga än de kolnanopartiklar som vanligtvis används idag, öppnar därmed upp nya möjligheter för utveckling av hållbara material och teknologier. Prof. Dr. Volker Altstädt från "FUNgraphen"-teamet vid University of Bayreuth kunde avsevärt minska cellstorlekarna i skum genom att lägga till kolmakromolekyler. Detta kommer att göra det möjligt för forskarna att förbättra de värmeisolerande egenskaperna hos skum och utveckla nya, mycket effektivt isoleringsmaterial. "FUNgraphen"-gruppen ledd av Dr Bernhard Schartel vid BAM har lyckats öka brandskyddseffekten av halogenfria flamskyddsmedel genom att tillsätta små tillsatser av de nya kolmakromolekylerna. En plast utrustad med detta nya material tar inte eld ens efter att en låga har anbringats på den flera gånger - till skillnad från oskyddad plast, som deformeras vid höga temperaturer och börjar brinna direkt när de kommer i kontakt med eld.