Grafeen

De ware kracht van grafeen schuilt echter in de elektrische eigenschappen. De elektronen zoeven over het oppervlak alsof ze geen massa hebben. Dat maakt de geleiding van grafeen bijzonder goed. Maar ook erg gevoelig: bij de aanraking van één molecuul verandert de elektrische weerstand al. In de elektronica- en sensorindustrie liggen dus grote kansen voor grafeen.

Neem al deze bijzondere eigenschappen en het zal geen verrassing zijn dat veel wetenschappers de afgelopen jaren met volle overgave op grafeen zijn gedoken om ermee te experimenteren. Nog regelmatig blijkt grafeen in staat om te verrassen met wéér een unieke eigenschap. Lees hieronder over voorbeelden van onderzoek naar de eigenschappen van grafeen.

Wie heeft grafeen ontdekt?

Andre Geim en Konstantin Novoselov wonnen de Nobelprijs voor de Natuurkunde in 2010 voor hun werk aan grafeen. Ze worden daarom vaak als ‘de ontdekkers’ van grafeen neergezet. Maar dat is onterecht. Degene die grafeen écht heeft ontdekt was de Canadese natuurkundige Philip Russell Wallace. In 1947 zag hij in dat de laagjes koolstof in grafiet niet bijzonder stevig aan elkaar gebonden zaten. Hij vroeg zich af welke eigenschappen een enkel laagje zou hebben.

Wallace sloeg aan het rekenen en ontdekte bijvoorbeeld dat elektronen zich gedroegen alsof ze geen gewicht hadden. Maar hij kwam ook tot de conclusie dat grafeen in het echt niet kon bestaan. De sterke krachten tussen de atomen zouden het velletje direct laten oprollen of opkrullen, dacht hij.

Wetenschappers deden desondanks volop pogingen enkele laagjes uit grafiet los te peuteren, maar zonder succes. Tot in 2004 Geim en Novoselov het wél lukte. Het romantische verhaal gaat dat ze het enkel deden door met plakband losse laagjes grafeen van een potloodpunt los te trekken. Het plakband bracht ze weliswaar op het idee, maar het werkelijke experiment behelsde aanzienlijk meer. Desondanks was de techniek verbluffend simpel.

De publicatie over hun ontdekking in het vakblad Science sloeg in als een bom. Veel wetenschappers besloten plots het ‘wondermateriaal’ te onderzoeken op zijn bijzondere eigenschappen. Een kudde losgeslagen neushoorns, noemde Geim zijn collega’s. Nog altijd worden talloze onderzoeken gewijd aan grafeen. De toekenning van de Nobelprijs aan Geim en Novoselov kwam dan ook voor weinigen als een verrassing. Alleen was het misschien wat aan de vroege kant, aangezien er momenteel nog nauwelijks toepassingen van grafeen bestaan.

Bijvoorbeeld als sensor voor de gevoelige detectie van (mogelijk giftige) moleculen, als onderdeel van een techniek om DNA mee af te lezen, als bekabeling van een ruimtelift, als bacteriekiller of misschien wel als middel om medicijnen op de juiste plaats in het lichaam af te leveren.

Eén van de voornaamste toepassingsgebieden van grafeen is de elektronica. De doorzichtigheid en geleiding maken grafeen een topkandidaat voor een nieuwe generatie buigzame beeldschermen of touchscreens.

Veel onderzoekers zien grafeen ook als de beste kandidaat voor toekomstige transistors. Grafeen geleidt beter dan silicium, en bij hogere temperaturen. Fabrikanten als IBM en Samsung zijn momenteel hard aan het experimenteren met grafeen. Maar of grafeen daadwerkelijk silicium zal vervangen als hoofdbestanddeel van computerchips is nog zeer de vraag. Daar zijn de meningen over verdeeld.

Voorlopig blijft het voornamelijk bij speculeren waar we grafeen in de toekomst in ons dagelijks leven gebruiken. Een grote hobbel naar toepassingen werd in 2010 genomen, toen Zuid-Koreaanse en Japanse wetenschappers voor het eerst grote lappen grafeen wisten te maken. Ook demonstreerden ze een werkend touchscreen van grafeen. Grafeen heeft nog genoeg geheimen om wetenschappers zoet te houden, maar toepassingen komen wel degelijk in zicht.