Graphen-Diskussion aus Besuch

[Lady Enigma]

Ich hab mir mal gerade die bisher bekannten konkreten Daten von Graphen angeschaut und etwas gerechnet. Tu das auch mal und dann lachen wir beide ein wenig. Gibt ja viele Gründe. Liest sich ja in der Theorie ganz gut, aber diese dämliche Praxis....
Ein Seil, das bei gegebener Länge durch die Eigenlast schon zu über 80% belastet ist, ist der blanke Wahnsinn. Der Mist kommt beim leisesten Scherwind zu Bruch. Und die Seitenlast würde mich eh mal interessieren.
Nächstes Problem: die schiere Menge. Wenn ich die Wikipediaangaben nehme dann bräuchtest Du für ein Seil von einem Quadratmeter Querschnitt bis in die geostationäre Umlaufbahn so ungefähr gut 800 Mt von dem Zeug wenn ich richtig überschlagen habe. Vermutlich wirst Du von dem Zeug weltweit nicht mal nen Eimer voll auftreiben. Klar, auf den ersten Blick ist die Tragfähigkeit enorm. Aber diese dämliche dynamische Belastung... Von so ärgerlichen Dingen wie der Strahlung da oben mal ab. Des weiteren würde mich mal interessieren, wie man daraus überhaupt ein Seil macht und hinhängt wenn man ausreichende Mengen davon hat.

[Lady Enigma]

Irgendwas stimmt mit den Nullen nicht. Entweder bei mir oder bei Wiki. Ich rechne morgen nochmal, ist besser so... Wenn ich das über Flächengewicht der monomolekularen Schicht rechne komm ich zu was anderem als nach Volumengewicht. Mag am Bier liegen....

[Albert Zweistein]

Nicht nur auf den ersten Blick
Wenn du den Wikipediaartikel gelesen hast wirst du wissen dass das Zeugs 125x so stabil ist wie ein Stahlseil bei geringerem Gewicht.
Wenn das Zeug bei 800 MT Gewicht (So viel sind es glaube nicht, außerdem nicht überall gleicher Seildurchmesser) 80% ausgelastet ist heißt das das man noch sehr viel dranhängen kann bevor es kritisch wird und man kann auch einfach ein dickeres Seil nehmen.
Hier ist ein Diagramm für 50% Belastung.

Klar ist das bisher noch nicht wirklich realisierbar aber möglich.

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Fusselarbeit

»endlose Bänder aus Graphen stellt man dadurch her, dass man eine monoatomare Schicht aus Kohlenstoff auf eine Folie aus inertem Trägermaterial, wie zum Beispiel Kupfer, durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufbringt, und dann das Trägermaterial auflöst.«

Das Seil wird durch die Fliehkraft und das eigene Gewicht gehalten, ein Initialisierungsseil könnte von einem Satelliten abgeseilt werden um dann weitere Seile dranzubasteln

[Lady Enigma]

fp, bin nicht mehr recht in Form. Grober Denkfehler.

[Erica Simmons]

Interessant, der letzte Stand den ich kannte war der dass man über Carbon-Nano-Tubes als Seilmaterial nachgedacht hat (im Grunde sowas wie Graphen zu einem Zylindermantel aufgewickelt) nur stand man vor dem Problem dass der Rekord einer im Labor gezüchteten CNT bei etwa 100m Länge liegt und die Zugfestigkeit sehr langer CNTs durch Gitterfehler wieder absinkt.

Ich weiss leider nicht wie der aktuelle Stand bei der Erzeugung fehlerfreier Graphenschichten ist vermute aber mal dass auch hier statistisch auf eine bestimmte Fläche eine bestimmte Anzahl von Baufehlern im Gitter kommt.

[Albert Zweistein]

Graphen ist stabiler.
Bei Nanoröhrchen musst du das Seil aus ganz vielen Winzteilen zusammensetzen. Aus Graphen kannst du theoretisch praktisch ein 150 Mm langes durchgehendes Stück machen.

[Lady Enigma]

Heute auf dem Bau bin ich auf die vermutliche Ursache dieer riesigen Gewichtsunterschiede gekommen. Teilchen haben ja nicht nur in zwei sondern auch in drei Dimensionen Abstände, die Schichten sind also nichtplan ohne Zwwischenräume aufeinander gepappt. Manchmal fällt der Groschen pfennigweise...

[Albert Zweistein]

Bei der ganzen Diskussion ist jetzt das Gespräch auf der Strecke geblieben

[Erica Simmons]

Ich habe die SimOff-Diskussion jetzt abgetrennt und in den SimOff-Bereich verschoben.


Dass Graphen gegenüber Nanotubes toleranter gegenüber Gitterfehlern ist glaube ich ohne weiteres. Eine CNT ist wie gesagt eine auf einen Zylindermantel aufgerollte Struktur da scheint es plausibel dass ein Gitterfehler das ganze Röhrchen über dem Umfang schwächen wird während eine ausgedehnte Graphenfläche eine Fehlstelle irgendwo in der Mitte vermutlich recht gut verkraftet. (Die Aussage Graphen ist 125-mal stabiler als Stahl ist trotzdem etwas zu allgemein, höhere Zugfestigkeit sagt zum Beispiel noch gar nichts über die Bruchfestigkeit aus.)

Wie in der Festkörper-Vorlesung der JDU erläutert verursachen Punktdefekte erstmal nur lokale Änderungen der Gittereigenschaften nur wenn es sehr viele Defekte werden schlägt sich das irgendwann auch in geänderten makroskopischen Eigenschaften nieder. Von daher denke ich dass Enigma mit ihrem Hinweis auf die Strahlung schon einen wichtigen Punkt angesprochen hat (was ein DNA-Molekül zerlegen kann, kann auch prinzipiell ein Loch in eine Graphenschicht schlagen). Ein weiterer Punkt wäre die Frage nach chemischen Umwandlungen. Ich bin kein Chemiker aber grundsätzlich sehe ich nicht was dagegen spricht dass Doppelbindungen entlang der Graphenschicht aufgespalten werden und sich dort Wasserstoff, Sauerstoff oder irgendwelche Seitenketten anlagern (Ozon scheint mir ein naheliegender Kandidat zu sein um Graphen zu oxidieren). Passiert das in größerem Umfang hat man in Zugrichtung auf einmal statt Doppelbindungen nur noch (schwächere) Einfachbindungen was die Zugfestigkeit wieder verringern dürfte.

Das sind natürlich keine Punkte die Graphen wirklich disqualifizieren aber eben mögliche Effekte die ein Graphenseil langsam "anknabbern" könnten. Es wäre also erstmal zu klären wie beständig Graphen bei einem Dauereinsatz unter, sagen wir mal schwierigen, Umweltbedingungen überhaupt wäre.

[Albert Zweistein]

Wie das im einzelnen zu lösen wäre weiß ich auch nicht.

Dickeres Seil und Schutzschicht drüber (Kohlenstoffnanoröhrenseile müssen übrigens auch beschichtet werden, funktioniert).

Gegen atmosphärische Störungen wie Unwetter müsste man auch was finden.