Grafen – ett litet material med stor potential

Grafen är ett minst sagt fascinerande material. Det består av ett enda lager kolatomer ordnade i ett bikupemönster. Dess struktur och extrema tunnhet gör att det får unika egenskaper så som mycket god elektrisk ledningsförmåga och extrem styrka i förhållande till sin vikt.

Det berättade Mikael Syväjärvi, forskare och medgrundare till det grafentillverkande företaget Graphensic, på vårens andra föreläsning om nanoteknik som arrangerades av SwedNanoTech i samarbete med Folkuniversitetet. Föreläsningen hölls den 27 mars i Folkuniversitetets lokaler i Stockholm.

Att grafen har flera attraktiva egenskaper innebär att det finns många områden där materialet kan komma att användas i framtiden, menar Mikael. Elektronik, sensorer och som kompositmaterial är tre områden där grafen har stor potential att få genomslag.

Grafenelektronik för snabbare datorer

Dagens datorer är uppbyggda av transistorer som är baserade på framförallt kisel, ett ämne som man kan processa för att kontrollera strömmar och är relativt billigt. Det finns dock begränsningar för kisels ledningsförmåga, något som påverkar hur snabb en dator baserad på ämnet kan bli.

På grund av sin tunnhet och kvantmekaniska effekter kan elektroner färdas mycket snabbt genom materialet, berättar Mikael. Detta innebär att grafen leder ström otroligt bra, cirka 200 gånger bättre än kisel. Att byta ut komponenter baserade på kisel i elektronik till komponenter baserade på grafen skulle därför kunna innebära betydligt snabbare datorer.

Det finns dock flera stora utmaningar kvar att lösa innan elektronik baserad på grafen kan bli verklighet, fortsätter han. En stor utmaning är att ta fram tillverkningsmetoder och uppskalningsprocesser där grafen av god kvalitet kan tillverkas billigare och i större mängder än det kan idag.

Material med skräddarsydda egenskaper

Material som har skapats genom att blanda olika sorters material kallas kompositmaterial. Ett kompositmaterial har egenskaper som de separata materialen inte har var för sig. I sportutrustning finns kompositmaterial med grafenflarn redan idag, till exempel för att ge lättare och starkare tennisracket, berättar Mikael.

Kompositmaterial med grafen är intressant ur många aspekter, fortsätter han. Att kunna minska ett materials vikt utan att påverka dess styrka eller tålighet har många fördelar. Detta kan exempelvis användas i flygplanskroppar eller bilkarosser för att minska den totala vikten och därmed påverka bränsleåtgången.

Reaktiv yta ger känsligare sensorer

Grafen kallas ibland för ett tvådimensionellt material. Det beror på att grafen är så otroligt tunt att det kan beskrivas som en endaste yta. Just yta är ett centralt begrepp inom nanoteknologi, berättar Mikael. På den uppstår många av de effekter som man önskar kontrollera.

Inom nanoteknologi är förhållandet mellan massa och yta mycket intressant. Ju mer yta, desto större plats för fler kemiska reaktioner, fortsätter han. Det går att jämföra med en bit deg. En degklump har en mindre total yta än degen som har kavlats ut. Grafen är därför mycket intressant ur ett ytperspektiv.

Att kemiska reaktioner uppstår på en yta går att använda för att göra mycket känsliga sensorer, mätinstrument och filter av olika slag, till exempel inom sjukvård eller i arbetsmiljöer.

Form och storlek avgör användningsområdet

Grafen kan tillverkas på olika sätt, det kan exempelvis tillverkas i form av mindre flarn eller som större ark, berättar Mikael. Mindre flarn av grafen är enklare och billigare att tillverka än större ark. Det beror på att det blir svårare att göra grafen jämntjockt och sammanhängande ju större skikt som ska tillverkas. Ju större ark som ska tillverkas, desto större risk för störningar i materialet som påverkar dess egenskaper.

Att en viss form av grafen är billigare att tillverka än andra har gjort att en viss typ av produkter, så som tennisracket med grafenflarn, redan nått marknaden, säger han.

Projekt med syfte att öka samhällsnyttan med grafen

Från Göteborg koordineras sedan oktober 2013 ett stort EU-projekt, Graphene Flagship. Målet med projektet är att på tio år flytta grafen från laboratorier ut till samhället i form av produkter och tillämpningar, berättar Mikael.

Projektet har en budget på ca 9 miljarder svenska kronor och innefattar ett hundratal akademiska och industriella forskningsgrupper från ett tjugotal europeiska länder. I Sverige pågår även en svensk grafenagenda som ska får industrier att börja utveckla tillämpningar från grafen.

Chalmers har även inrättat en funktion som de har döpt till Graphene Innovation Lab. Syftet med initiativet är att hjälpa företag som har en idé om hur grafen skulle kunna användas i verksamheten men som saknar resurser eller kunskap att genomföra den, avslutar han.

Stina Bergström, SwedNanoTech
2014-05-02

_____________________________________________________________

Om föreläsningsserien

Under hösten 2013 och våren 2014 erbjuder SwedNanoTech i samarbete med Folkuniversitetet en kostnadsfri föreläsningsserie om nanoteknik. Syftet med föreläsningarna är att synligöra vad nanoteknologi är, hur det används samt vilka potentiella risker som måste tas hänsyn till i utvecklandet av tekniken. 

Samtliga föreläsare har stor kunskap och erfarenhet inom sina respektive områden. Föreläsningarna är kostnadsfria men anmälan krävs.

Övriga kurstillfällen våren 2014

• 22/5 - Nanopartiklar i vår miljö

Frågor

Kontakta Stina Bergström, kommunikatör, SwedNanoTech.  +46 70 208 52 42, stina.bergstrom@swednanotech.com