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Verfahren zur Herstellung von Filmen bzw. Folien oder Fäden aus Graphit
Bisher konnten dünne Filme von Graphit nur als unlösbar festhaftende überzüge auf
festen Unterlagen erhalten werden, entweder durch Kathodenzerstäubung oder Hitzezersetzung
von Kohlenstoffverbindungen. Im Gegensatz dazu lassen sich nach dem. hier beschriebenen
Verfahren durch vorsichtiges Eindampfen -eines Graphitsäuresols, Trocknen und Überführen
in Graphit Filme (Folien) und Fäden aus Graphit in jeder beliebigen Form ohne Unterlage
erhalten. Dies Filme (Folien) sind bei sorgfältiger Herstellung porenfrei, gasdicht,
spiegelnd glatt. Dünnere Filme lassen Licht durchscheinen. Der gemessene Widerstand
ist etwas höher als der bekannte höchste Wert für Graphit (anomale Leitfähigkeit).
An einer bandförmigen Folie von 53 mm Länge, io mm Breite und o,0¢ mm Dicke wurde
ein Widerstand von 22 ¢0o Ohm gemessen.
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Bei geeigneter Arbeitsweise lösen sich die Filme leicht von der- Unterlage
los:, so daß man ohne Schwierigkeit auch größere zusammenhängende Folien (Häute)
erhalten kann. Bisher wurden solche bis zu 30c1112 Fläche hergestellt. Andererseits
lassen sich auf den Unterlagen festhaftende, zusammenhängende überzüge als Graphitspiegel
aufbringen. Die Dicke der Graphithaut läßt sich nach Wunsch erhalten durch Verändern
der Sollkonzentration oder der Schichthöhe des Sols von hauchfeinen, durchscheinend
dünnen H,ä.utchen und Schichten bis zur festen, papierdicken Folie. Die besten -Filme
(Folien) und Fäden erhält man aus reinem Sol oder Gel von reiner Graphitsäure.
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Durch mechanische, elektrische oder magnetische Einwirkung (vgl. Koll.
Zschn 56, li-93rj, r29) kann noch zweckmäßig zuvor eine Gleichrichtung (Orientierung)
der Gra-. phitsäürelamellen im Solerfolgen, was die Beschaffenheit der Gebilde weiter
günstig b.aeinflußt. Geht man von großflockigem (kristallinem) Graphit aus über
mizellare Lösungen. der Graphitsäure, so. zeigen die daraus gebildeten Folien eine
schiefrige Struktur, entstanden durch teilweises überdecken der flach nebeneinanderhegenden
Einzelflächen. Der _Zusammerih a.lt der Graphitla.mellen ist, im Gegensatz zu der-
der mehr amorphen Struktur der bisher bekannten Grap 'hitsc .hichten, ziemlich fest,
so daß man die Folien, z. B. wie Goldschlägerhaut, mit der Schere schneiden kann
usw.
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Durch. besondere Zusätze kann man poröse Häute oder solche mit bestimmten
Stoffen .erhalten. Das Verwendungsgebiet der nach dem beschriebenen Verfahren herstellbaren
Folien und Schichten ist mannigfaltig. Als Beispiele seien genannt: Membranen, Widerstände,
Lichtfilter, Elektronenfenster, Diffusionselektroden, Leitendmachen von Oberflächen
usw.
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Fäden aus Graphit erhält man u. a. durch Spritzen von Graphitsäuresol
aus Düsen, vorsichtiges Eintrocknen und Überführen in Graphit
wie
oben. Anwendungsgebiete von Graphitfäden sind bekannt und brauchen hier nicht angeführt
zu werden.
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Beispiel für die Herstellung eines reinen Graphitsäuresols Möglichst
weitgehend gereinigter Graphit einer kristallinen Art, wie z. B. von 'dem Vorkommen
in Ticonderoga, Pfusch, Ceylon, mit etwa o, i % Asche wird in, einem Säuregemisch
von -konzentrierter Schwefel= und Salpetersäure durch längsames Zufügen von Chlorat
und noch zweimaliges: Wiederholen der Oxydation völlig in die blaugrüne Form der
Graphitsäune übergeführt (vgl. Z. f. anorg. Ch. 190, [193o], 1¢5). Die Umwandlung
ist beendet, wenn man nach dem Peptisieren einer Graphits.äureprobe mit Wasser und
wenig Ammoniak, Filtrieren unter dem Mikroskop keinen umangegriffenen Graphit mehr
nachweisen kann. Danach wäscht man die *Graphitsäure in einem größeren Schlämmzylinder
längere Zeit m einem dauernden, langsamen Strom destillierten Wassers so lange aus,
bis in: der Graphitsäure weder Sulfat, Chlorid, Nitrat noch mellithsaures Kalium
nachzuweisen ist. Beim Auswaschen hat sich die blaugrüne Farbe in Gelb verwandelt,
gleichzeitig ist die Substanz stark gequollen und erfüllt den ganzen Schlämmzylinder.
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Um nun ein Sol der Graphitsäure (eine mizellare Lösung) zu erhalten
(vgl. Koll. Zschr. 56, [1931], 1a9), rührt oder schüttelt man die gequollene Graphitsäure
mit der erforderlichen Menge Wasser, bis die Lösung annähernd klar und durchsichtig
geworden ist. Durch einige Male wiederholtes Filtrieren durch ein; grobes Filter
(Glasfritten) gentfernt man noch die nicht peptisier, ten Anteile und kann durch
Verdünnen mit Wasser jede beliebige Solkonzentration herstellen.
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Ausführungsbeispiel i Um .einen Graphitspiegel auf Glas herzustellen,
gießt man 2o ccmeines Sols von etwa o, i % Graphitsäuregehalt auf eine vorher sorgfältig
gereinigte Glasplatte, verteilt durch Hinundherneigen das Sol möglichst gleichmäßig
über die ganze Fläche und bringt die Glasplatte in waagerechter Lage in einen Trockenschrank,
so daß kein Staub auffallen kann. Anfänglich erhitzt man nur auf Temperaturen, unter
ioo° (etwa 9o°). Wenn das Sol ganz eingetrocknet ist, steigert man die Temperatur
auf 150 und zuletzt 17o°. Nach einigem Stunden, besonders schnell bei Anwesenheit
eines Reduktionsmittels, wenn man z. B. im Trockenschrank aus einem Schälchen Hydrazin
verdampft, ist die Graphits.äure zu Graphit reduziert worden und: tim hochglänzender,
mehr oder weniger durchsichtiger Graphitspiegel auf dem Glase festhaftendentstanden.
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Ausführungsbeispiel a Um Graphitfolien oder -filme zu erhalten, verfährt
man ebenso oder ähnlich, nur mit dem Unterschied, daß gewöhnlich ein Sol mit höherer
Graphits;äurekonzentration verwendet wird. Bei einem solchen Versuch wurden 2o ccm
eines Sols. mit einem Gehalt von etwa I, 5 % GraphitsÄure in einer flachen Glasschale
o. dgl. vorsichtig eingedampft und wie oben in Graphit verwandelt. Dabei ist nur
darauf zu sehen, daß die Graplit, folie sich von der Unterlage löst, öhne einzureißen.
Dazu kaim beispielsweise am Rande der Folie, bevor sie in Graphit übergeführt *orden
ist, rings ein, zusanunenhängender Einsschnitt angebracht werden. Die entstandene
Graphitfolie von einem Durchmesser von io cm war o,oog mm dick (9 #x).
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zo ccm eines - anderen Soll mit o,5 Graphitsäuregehalt ergab eine
Folie vom gleichen Durchmesser wie oben; aber nur o,oo3 mm Dicke (3 p,). Graphitfolien
(-filme) und Graphitspieggel von jeder anderen größeren oder kleineren Fläche, Dicke
und Form können durch gentsprechende Wahl der Solkonzentration, Solschichthöhe und
Unterlage beliebig .erhalten werden.