Thomas Edison hat möglicherweise versehentlich Graphen geschaffen - 130 Jahre vor seiner "offiziellen" Entdeckung

Thomas Edisons Experimente mit den ersten Glühbirnen im späten 19. Jahrhundert könnten einen unerwarteten Nebeneffekt gehabt haben: die Bildung von Graphen, einem ultradünnen und ultrastarken Material, das heute als eines der Schlüsselmaterialien für die moderne Elektronik gilt. Zu diesem Ergebnis kamen Forscher der Rice University, die die Bedingungen der Experimente von 1879 mit modernen Analysemethoden wiederholten.

Die Arbeit wurde in der Zeitschrift ACS Nano veröffentlicht.

Graphen ist eine Schicht aus Kohlenstoffatomen, die nur ein Atom dick ist und einzigartige elektrische und mechanische Eigenschaften besitzt. Eine seiner Arten, das turbostratische Graphen, kann durch schnelles Erhitzen kohlenstoffhaltiger Materialien auf Temperaturen in der Größenordnung von 2000-3000 °C mit Hilfe von elektrischem Strom gebildet werden. In der modernen Wissenschaft wird diese Methode als Flash-Joule-Erwärmung bezeichnet.

Wie die Forscher herausfanden, konnten genau solche Bedingungen in den frühen Edison-Lampen auftreten. Im Gegensatz zu modernen Lampen mit Wolframfäden wurden bei den ersten Exemplaren Kohlenstofffasern verwendet, darunter auch solche aus japanischem Bambus. Wenn Spannung angelegt wurde, erhitzte sich der Glühfaden dramatisch - möglicherweise auf Temperaturen, die heiß genug waren, um die Kohlenstoffstruktur umzuordnen.

Um die Hypothese zu testen, baute das Team unter der Leitung des Chemikers James Tour die Lampe anhand von Zeichnungen von Edisons Patent aus dem Jahr 1879 nach. Die Forscher fanden seltene "handwerkliche" Lampen mit Bambusfäden, die dem Original so nahe wie möglich kamen. Der Glühfaden wurde an eine Gleichspannungsquelle von 110 Volt angeschlossen und nur etwa 20 Sekunden lang erhitzt - längeres Erhitzen führt nach Ansicht der Autoren zur Bildung von Graphit, nicht von Graphen.

Nach dem Experiment verfärbte sich der Kohlenstofffaden von dunkelgrau zu silbrig glänzend, was auf strukturelle Veränderungen hinweist. Zur genauen Analyse verwendeten die Wissenschaftler die Raman-Spektroskopie, eine Methode, mit der sich Substanzen anhand ihres "atomaren Fingerabdrucks" identifizieren lassen. Die Ergebnisse zeigten: in einem Teil des Fadens bildete sich tatsächlich turbostratisches Graphen.

Die Autoren betonen, dass es unmöglich ist, mit Sicherheit zu sagen, ob dasselbe in Edisons ursprünglichen Experimenten passiert ist. Selbst wenn sich Graphen gebildet hat, hat es sich wahrscheinlich während langer Tests der Lampen, die stundenlang laufen konnten, in Graphit verwandelt.

Nichtsdestotrotz zeigt die Studie, dass sich hinter klassischen Experimenten der Vergangenheit unerwartete wissenschaftliche Effekte verbergen können, die erst bei einer erneuten Analyse mit modernen Erkenntnissen und Werkzeugen sichtbar werden. Nach Ansicht der Autoren ist Edisons Arbeit ein Beispiel dafür, wie Technologien des 19. Jahrhunderts sich unbeabsichtigt den Materialien der Zukunft nähern können.