Weltkleinster Ballon aufgepustet
"Wir zeigen, dass eine einmolekulare Graphenmembran undurchlässig ist für Standardgase, inklusive Helium", schreiben die Forscher um den Physikprofessor Paul McEuen an der Cornell University. Das Team hatte testen wollen, wie durchlässig das Graphen für Gase ist. Es präparierte unterschiedliche Proben aus Graphen, dem Material, das aus nur ein Kohlenstoffatom dicken Schichten besteht. Mithilfe "mechanischer Exfoliation", indem also ein Klebefilm jeweils nur eine Atomschicht von einem Grafitblock abschält, entstanden monomolekulare Schichten, aber auch Membranen aus bis zu neun Graphenschichten übereinander. Diese legten die Forscher auf eine Oberfläche aus Kieselglas, in welches sie kleine Dellen gebohrt hatten: von einem bis hundert Quadratmikrometern Fläche und 250 Nanometern bis drei Mikrometern Tiefe. Da die Dellen das Gas enthielten, dienten die Graphenschichten als Versiegelung, gehalten von den Van-der-Waals-Kräften, einer schwachen Wechselwirkung auf molekularer Ebene. Durch Druckveränderungen dehnte sich das eingeschlossene Gas aus oder zog sich zusammen und verformte damit die Graphenschicht nach innen oder außen.
Je nachdem, wie das Graphen sich unter bestimmten Druckverhältnissen dehnte, ließ sich die Elastizität bestimmen. Wie sich herausstellte, entspricht diese der von Grafit. Die winzigen Ballons dürften sich auch als Drucksensor verwenden lassen. Mithilfe eines Lasers brachten die Forscher die Schichten dann zum Vibrieren, um seine Resonanzfrequenz zu messen, aus der sich die exakte Masse des Graphens berechnen lässt.