US-Wissenschaftler haben die dünnste Ballonhaut der Welt hergestellt: Sie besteht aus einer nur ein Atom dicken Kohlenstoffschicht und ist trotzdem vollkommen gasdicht. Nötig waren dazu lediglich ein Stückchen Graphit, ein Streifen Tesafilm und eine Siliziumdioxidscheibe. Trotz ihrer rekordverdächtigen Maße hält die Membran auch größeren Druckunterschieden problemlos stand, konnte das Team um Arend van der Zande von der Cornell-Universität zeigen. Die Ballonhaut könnte in Zukunft unter anderem helfen, das Verhalten von Flüssigkeiten oder Gasen genauer zu untersuchen als bisher.
Um die Superhülle herzustellen, klebten die Wissenschaftler den Tesafilmstreifen auf den Graphit, lösten ihn wieder ab, hefteten ihn dann auf das Quarzscheibchen und zogen ihn anschließend wieder ab. Auf diese Weise übertrugen sie Graphitschichten unterschiedlichster Dicke auf das Siliziumdioxid ? unter anderem eben auch solche, die lediglich eine Atomlage dick waren. Solche Schichten, die aus wabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen bestehen, werden
Graphen genannt und haben besondere Eigenschaften. So gilt Graphen beispielsweise als das widerstandsfähigste Material überhaupt. Zudem kann es als Halbmetall elektrischen Strom leiten, was es etwa für die Entwicklung neuer Computer interessant macht.
Um nun die Belastbarkeit der Graphenhaut zu testen, deponierten die Forscher das Material auf einer Siliziumdioxidscheibe, in die Löcher graviert waren. Dadurch schloss die dünne Graphenhülle das in den Vertiefungen enthaltene Gas ein und bildete so eine Art Miniballon mit einem Volumen von etwa einem Kubikmikrometer. Anschließend variierten die Wissenschaftler den von außen anliegenden Druck, so dass sich die Graphenhaut je nach Druckunterschied nach innen oder nach außen wölbte, und testeten sowohl die Haltbarkeit als auch die Gasdichtigkeit der Membran. Das Ergebnis: Selbst wenn der Druckunterschied mehrere Bar betrug, traten weder Risse noch undichte Stellen in der Graphenhülle auf. Nicht einmal das Gas Helium, das die zweitkleinsten Atome überhaupt besitzt, konnte durch die Kohlenstoffhaut diffundieren.
Anwendungen für ihre stabile Ballonhaut sehen die Forscher vor allen in der Detektor- und Sensortechnik ? speziell in solchen Fällen, in denen es auf die Messung einzelner Atome oder Moleküle ankommt. Zudem könnte die Membran helfen, biologische Systeme detailgenau zu untersuchen: Da die Haut so dünn ist, sei sie für die meisten Mikroskope nahezu durchsichtig. Dadurch könne man durch die Membran in eine wässrige Lösung hineinschauen, ohne das Mikroskop selbst mit der Flüssigkeit in Kontakt bringen zu müssen.
Arend van der Zande (Cornell-Universität in Ithaca, USA) et al.: Nano Letters, Bd. 8, S. 2458. ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
