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Nachhaltige Elektronik

Panzer zu elektronischen Bauelementen

06. April 2021, 13:45 Uhr   |  Ralf Higgelke

Panzer zu elektronischen Bauelementen
© Osaka University

Panzer von Krustentieren landen meist im Müll. Doch nun hat ein Team der Universität Osaka mit einer einfachen Pyrolyse daraus ein nachhaltiges Nano-Karbonmaterial hergestellt, das sich für den Einsatz in Fotosensoren und Superkondensatoren eignet.

Bestrebungen, sowohl synthetische Polymere als auch Biomasse einzusetzen, um poröse 3D-Nanokohlenstoffe mit Fehlstellen herzustellen, haben zu wirkungsvollen Sensormaterialien, Energiespeichern und Materialien für die Elektrokatalyse geführt. Viele dieser Materialien werden jedoch aus nicht nachwachsenden Rohstoffen hergestellt oder erfordern mehrere Schritte zur Herstellung des Netzwerks und zur Einführung der Fehlstellen. Der Strom durch solche Netzwerke lässt sich durch Dotieren beispielsweise mit Stickstoff verbessern.

Deshalb hat ein Forscherteam der Universität Osaka durch einfache Pyrolyse von Chitin-Nanofaserpapier poröse 3D-Nanokarbon-Materialien mit Fehlstellen hergestellt. Chitin ist ein Biopolymer, das der Hauptbestandteil der Panzer von Krustentieren ist. Da die Struktur von Chitin Stickstoffatome enthält, stellt es seine eigenen Quellen für Fehlstellen dar. Daher sind keine zusätzlichen Dotierungsschritte erforderlich.

»Wir konnten verschiedene Eigenschaften der fertigen Nanokarbon-Materialien gezielt steuern, indem wir das Chitin-Nanofaserpapier bei unterschiedlichen Temperaturen pyrolysierten«, erklärt Luting Zhu, der Erstautor der Studie. »Die Porenstruktur, die spezifische Oberfläche und der elektrische Widerstand variierten alle mit der Pyrolyse-Temperatur. Damit verfügen wir über ein wertvolles Instrument, um das Material für bestimmte Anwendungen zu optimieren.«

Die pyrolysierten Chitin-Nanofaserpapiere wurden erfolgreich als Fotosensoren eingesetzt. Außerdem erwiesen sie sich als leistungsfähige Elektroden für Superkondensatoren, wobei die spezifische Kapazität höher war als bei vielen anderen bisher berichteten Nanokarbon-Materialien.

»Um unsere Laborergebnisse in reale Produkte zu überführen, ist es wichtig, die Verfahren zu rationalisieren. Deshalb sind wir von unserem simplen Pyrolyse-Prozess begeistert«, erklärt Hirotaka Koga, verantwortliche Autor der Studie. »Außerdem verdeutlicht die Tatsache, dass wir erfolgreich eine nachwachsende Ressource genutzt haben, die im Allgemeinen als Abfallprodukt angesehen wird, dass nachhaltige Elektronik zukunftsfähig ist.«

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