Alt organisk materiale indeholder kulstof, der er et grundstof. Kulstof findes kun i naturen i form af diamanter og grafit, som vi fx. bruger til blyanter. Grafit har en meget speciel krystalstruktur, der består af to-dimensionelle lag stablet ovenpå hinanden som papirark i en bunke, og bliver holdt sammen af intermolekylære kræfter. Hvis man fjerner alle lag undtagen ét, får man stoffet grafen, der netop er et enkelt to-dimensionelt lag, og dette gør grafen til et ægte 2D-materiale.
Fremtidens vidundermateriale
Grafen er blevet kaldt fremtidens vidundermateriale, men i virkeligheden blev stoffet opdaget ved en meget simpel metode. Blot ved at køre en blyant hen over et stykke papir, efterlades flager af tynde, tynde grafitlag. Ved at skrabe grafit mod forskellige materialer, og så lægge et stykke tape over det skrabede område, vil det kunne efterlade netop ét enkelt lag grafen på tapen, altså ét atom tykt.
Denne simple metode bragte forskerne Konstantin Novoselov og Andre Geim en nobelpris i 2004.
Figur 3. Illustration af kulstofnanorør (til venstre) og grafen (til højre).
Men hvorfor er vi så interesserede i at udvinde netop ét lag grafen?
Tyndt materiale med mange egenskaber
Grafen er ét atom tykt og er dannet af heksagonstrukturer (sekskanter). Strukturen giver anledning til meget lav modstand (resistans), hvilket betyder, at grafen kan lede elektricitet hurtigere end selv den hurtigste leder. Oftest har vi brugt kobber som leder. Et materiale som grafen, der kan give os lynhurtig elektricitet, er derfor en revolution for elektronikproduktion. Vi kan skabe mindre og meget hurtigere computere, hvis vi bruger grafen i de mikrochips, der er i vores elektronik, som lige nu består af silicium.
Takket være grafens lave resistans, vil overophedning af mikrochips heller ikke være et problem længere, og derfor forsker IBM i at skabe fremtidens mikrochips af grafen.
Jo tyndere desto stærkere
Da grafen er et nanomateriale, er det næsten gennemsigtigt. Samtidig skulle man tro, at et materiale der er ét atom tyndt, ville være meget ustabilt. Men faktisk kan grafen klare 200 gange større belastninger end stål, og man mener, at det er det hidtil stærkeste materiale. Lidt ligesom gummi er det både stift og elastisk, så man kan trække umådeligt meget i det, uden at det går i stykker.
Bøjeligt, gennemsigtigt og elektrisk ledende
Et så tyndt materiale vejer selvfølgelig ikke særlig meget. Man kan forestille sig, at man kan udnytte grafens fantastiske ledeevne, gennemsigtighed og høje styrke til at skabe mange af fremtidens produkter. Det kan være solceller, LED-fladskærme og touchscreens til bærbare computere og telefoner, men også nye produkter, der ellers hører til i science fiction.
Grafen har desuden en utrolig ledeevne, hvad angår varme. Faktisk bedre end noget andet materiale, og derfor kunne man med fordel bruge det til at gøre f.eks. meget af det plastik, vi bruger, varmeresistent.
Kan filtrere saltvand
Kulstofnanorør (carbon nanotubes på engelsk) er grafen rullet rundt til en cylinder som et rør. Fordi grafen består af et net af atomer, kan det bruges som et filter.
Man kan f.eks. bruge det til at fange gas, hvis nu der skulle være gasudslip. Det viser sig dog også, at hvis man hælder vand gennem kulstofnanorør, så kan det filtrere vandet. Ikke bare filtrere skidt fra, men f.eks. filtrere saltet i saltvand væk og gøre det drikkeligt. Så kulstofnanorør har potentiale til at sikre rent vand til hele verdens befolkning. Af alle disse årsager er grafen fremtidens vidundermateriale.