De route naar grafeen | Grafeen (graphene)
De route naar grafeen

Wondermateriaal grafeen zou niet alleen de elektronische markt domineren in de nabije toekomst, het kan ook leiden tot een enorm scala aan nieuwe markten en nieuwe toepassingen, een echte mijlpaal volgens het recent gepubliceerde artikel door de Universiteit van Manchester.

Nobelprijswinnaar professor Kostya Novoselov beschreef in Nature dat een internationaal team van auteurs een stappenplan publiceerde waarin voor de eerste keer wordt uitvergroot wat ’s werelds dunste, sterkste en meest geleidende materiaal echt kan bereiken. Het document beschrijft hoe grafeen, voor het eerst geïsoleerd aan de Universiteit van Manchester door professor Novoselov en collega professor Andre Geim in 2004, het potentieel heeft om een revolutie te worden in de meeste uiteenlopende toepassingen, van smartphones en ultrasnelle breedbandverbindingen tot geneesmiddelen tegen kanker en computerchips.

Een belangrijke rol is weggelegd voor touchscreen apparaten zoals Apple’s iPad, die indium tin oxide gebruiken. Grafeen’s uitstekende mechanische flexibiliteit en chemische bestendigheid zijn veel beter. Grafeen touchscreen-apparaten zijn veel duurzamer en openen meteen de weg voor flexibele apparaten.

Oprolbaar ‘e-paper’ is een andere toepassing die moet beschikbaar als een prototype in 2015. Grafeen’s flexibiliteit blijkt ideaal voor opklapbare elektronische vellen die een revolutie in de elektronica kunnen ontketenen.

Tijdschema’s voor de toepassingen variëren sterk afhankelijk van de kwaliteit van het vereist grafeen, althans het rapport. Bijvoorbeeld, de onderzoekers schatten apparaten, waaronder foto-detectoren, hogesnelheid draadloze communicatie en THz generatoren (voor gebruik in medische beeldvorming en veiligheidsvoorzieningen) niet beschikbaar zouden zijn tot ten minste 2020, terwijl de geneesmiddelen tegen kanker en grafeen als vervanger voor silicium onwaarschijnlijk werkelijkheid worden tot ongeveer 2030.

Het paper bevat ook de bijzonderheden van de verschillende manieren om grafeen te produceren, processen die enorm zijn geëvolueerd sinds de plakband methode ontwikkeld werd door de Nobelprijswinnaars.

Er wordt beweert dat er drie belangrijke methoden zijn voor het maken van grafeen:

  • Vloeibare fase en thermische afschilfering, grafiet blootstellen aan een oplosmiddel waarin het splitst in afzonderlijke vlokken van grafeen. Deze methode is ideaal voor energietoepassingen (batterijen en supercondensatoren) en grafeen verven en inkten voor producten zoals gedrukte elektronica, slimme ramen en elektromagnetische afscherming. Het toevoegen van extra functionaliteit aan composietmaterialen (extra sterkte, geleidbaarheid, vochtbarrière) is nog een gebied waar grafeen kan worden toegepast.
  • Chemical Vapour Deposition (CVD), groeien van grafeen op koperfolies, voor onder andere het gebruik in flexibele en transparante elektronica-toepassingen en fotonica.
  • Synthese op Silicon Carbide, groeien van grafeen hetzij op het silicium of koolstof. Dit kan resulteren in zeer hoge kwaliteit grafeen met uitstekend gevormde kristallen, uitermate geschikt voorhoge frequentie transistors.

Professor Novoselov zei: “”Grafeen heeft het potentieel om simultaan een revolutie in vele aspecten van ons leven te ontketenen. Sommige toepassingen kunnen verschijnen binnen een paar jaar en sommige vereisen nog jaren van hard werk.

“Omdat de ontwikkelingen in de afgelopen jaren echt explosief waren zien blijven de vooruitzichten voor grafeen steeds verbeteren.”

“Grafeen is een unieke kristal in de zin dat het eigenhandig een groot aantal superieure eigenschappen toegeëigend heeft: van mechanische tot elektronische. Dit suggereert dat de volle kracht alleen zal worden gerealiseerd in nieuwe toepassingen die speciaal zijn ontworpen met dit materiaal in het achterhoofd, in plaats van wanneer het wordt gebruikt om andere materialen te vervangen in bestaande applicaties.

Zijn co-auteur professor Volodya Falko, van Lancaster University, zei: “Aan de hand van dit rapport streven wij ernaar om ingenieurs, vernieuwers en ondernemers bewust te maken van het enorme potentieel van grafeen om de bestaande technologieën te verbeteren en om nieuwe producten te genereren.”

“Om maar te vermelden, in sommige landen, waaronder Korea, Polen en het Verenigd Koninkrijk runnen nationale agentschappen reeds multi-miljoen gefinancieerde onderzoeksprogramma’s onder technische leiding die gericht zijn op de commercialisering van grafeen op grote schaal.”

Het paper werd geschreven met collega’s van Lancaster University, Texas Instruments Incorporated, AstraZeneca, BASF en Samsung Advanced Institute of Technology.

Bron: manchester.ac.uk


3D print schaalmodel structuur grafeen