Forestil dig, at dine sko både havde nattelys, GPS og selv kunne finde ud af, om fødderne skulle have det koldere eller varmere. Det er ikke ren science fiction, men realistiske udfordringer at sætte sig i vores nanotidsalder, hvor kun vores fantasi sætter grænser for udviklingen af nye nanomaterialer.
Af Rie Jerichow og Marianne Bom, www.publicer.dk
Lige siden hulemændenes tid har vi mennesker ledt efter bedre materialer til huse, tøj, redskaber og alt muligt andet. Når vi opdager et nyt materiale, finder vi ud af, hvad det kan, og hvad vi kan bruge det til. I nanotidsalderen er det lidt den omvendte verden. Nu kan vi bygge materialer op fra bunden, atom for atom, og skabe vores egne materialer med præcis de egenskaber, vi skal bruge.“Det handler ikke længere om at tage, hvad man kan få og at bruge det, der nu er. Men om at have fantasi til at forestille sig, hvad der bliver brug for. Til at definere hvad materialerne skal kunne og så fremstille dem præcis, som man vil have dem,” fortæller professor Peter Bøggild fra Institut for Mikro- og Nanoteknologi på DTU.
Unge er bedst til at udnytte nye materialer
Her må gamle, erfarne rotter kende deres plads og vige for unge hjerner.
“Det er muligt, at viden og erfaring peaker blandt 50-årige forskere. Men det går for langsomt, hvis vi overlader det til de ’erfarne’ at få innovative idéer. Her har vi brug for unge, intelligente mennesker med fantasien i behold,” siger han.
Kun fantasien sætter grænser
Fantasi er en nødvendighed, når man arbejder med nanomaterialer, der har nærmest overnaturlige egenskaber – selvom det egentlig bare er fysik og kemi.
Når vi begynder at kunne styre opbygningen af materialer atom for atom, kan vi designe og fremstille nye materialer med helt andre elektriske, mekaniske eller magnetiske egenskaber. Det kan igen lede til mere ressourcebesparende og miljøvenlige produkter og produktionsformer.
Gennemsigtige og stærkere end stål
“Med de nye nanomaterialer kan vi få både i pose og i sæk. Vi kan både få noget, der er gennemsigtigt, bøjeligt, ekstremt godt ledende og samtidig ekstremt stærkt. Det udnytter man allerede for eksempel til at skabe et materiale - en slags film - som man kan klistre på vinduer. Filmen dæmper lyset en lille smule og fungerer samtidig som solceller og generer strøm. Man kan også udvikle materialer, der både er lette, stærke og billige. Det betyder, at man i fremtiden for eksempel ville kunne bygge fly af nanoforstærkede plastmaterialer eller tilsvarende bropiller, der kan klare et meget større spænd. Om 15 år er computere måske ikke noget, der står på bordet som en stor klods, men fordelt overalt i de ting, der omgiver os – og måske også i vores krop,” fortæller Peter Bøggild.
Grafen – materialet til fremtiden
Et godt eksempel på et nyt nanomateriale er grafen
“Det er et to-dimensionalt kulstofmateriale, som udelukkende består af kulstofatomer i et kun et atom tyndt lag. Det er på én og samme gang verdens tyndeste materiale, det er næsten gennemsigtigt, og alligevel uigennemtrængeligt for gasser og vand. Så er det ovenikøbet 100 gange stærkere end stål og bedre til at lede strøm end kobber. Hver eneste egenskab er fantastisk i sig selv – og samlet set har stoffet et ufatteligt godt ’karakterblad’ med 12 i snit. Det er et ægte supermateriale, som det kræver en hel del fantasi at udnytte optimalt,” siger Peter Bøggild.
Hjælper grøn omstilling på vej
Grafen kan også vise sig at være svaret på andre af tidens store udfordringer.
“Vi er allerede godt i gang inden for batteriteknologien. Benzin har været svært at erstatte, fordi det er megapraktisk, at det indeholder så meget energi, der kan gemmes i årevis og hives frem, når man skal bruge det. Hvis vi ved hjælp af grafen kan udvikle en teknologi, der kan lagre strøm i batterier i en udstrækning, der nærmer sig benzinen, vil vi med et trylleslag kunne gøre grøn energi langt mere relevant. Både i forhold til klimaet og økonomien,” siger Peter Bøggild.
Grafen er ufarligt
Grafen kan meget simpelt laves ved at blende grafit i en køkkenblender, selvom man skal bruge nogle lidt større maskiner i industrien. Det er et naturmateriale, som er biokompatibelt og ugiftigt for celler.
“Derfor udnytter man allerede grafen til at overfladebehandle implantater i kroppen, fordi risikoen for infektioner i kroppen bliver minimeret. Men det vildeste er, at grafen – hvor unikt det end synes at være – blot er ét ud af flere tusinde andre to-dimensionale materialer. Hver af disse materialer kan noget de andre ikke kan, og kan kombineres helt frit – simpelthen ved at lægge dem ovenpå hinanden ligesom LEGO klodser. Med de næsten uendelig mange materialekombinationer er vi i en situation, hvor det først og fremmest er vores forestillingsevne, der begrænser os,” siger Peter Bøggild
Udfordrende at arbejde med
Der er dog masser af udfordringer, når man arbejder med nanomaterialer. Det er for eksempel ikke svært at forestille sig, at det kan være noget af en opgave at folde eller rulle to-dimensional grafen-film ud, der er 40.000 gange tyndere end husholdningsfilm. ”Vi kan godt finde ud af at producere det, men det er straks sværere at finde ud af, hvordan vi arbejder med det, uden det krøller eller bliver beskidt. Det er nogle meget lavpraktiske udfordringer, men det er nødvendigt, at vi lærer at håndtere materialet. På en måde er vi ligesom hulemænd, der skal lære om en helt ny slags materiale fra bunden,” fortæller Peter Bøggild.
Se Peter Bøggild fortælle om grafens muligheder her: