Grafeen toepassingen

Wat is een grafeen? Grafeen is slechts een atoom dik, maar sterker dan staal of diamant. Het heeft verschillende bijzondere eigenschappen en mogelijkheden waar men in de wetenschap nog lang niet over uitgepraat is. Wat kan men met grafeen doen en wat zijn de eigenschappen van dit materiaal? En wat is grafeen eigenlijk? Grafeen is feitelijk grafiet, maar dan in een heel dun laagje. Hetzelfde grafiet als wat van een gewoon potlood afschraapt als je een tekening maakt. Grafeen als bruikbaar materiaal, is slechts een atoom dik.

Wat is grafeen?

Grafeen bestaat uit koolstof. Het is een koolstofkristal wat slechts een atoom dun is. Soms ook enkele atomen dun. Grafeen werd na het jaar 2000 ontdekt en wordt ook wel het nieuwe goud genoemd. Kan je zelf grafeen maken? In principe wel. Hoe doe je dat? Als je van een grafietpotlood een laagje grafiet met een plakbandje vangt, dan heb je in principe (ook) wat grafeen gevangen. In potlood zitten namelijk gestapelde laagjes koolstofatomen. Als je het potlood op papier zet, komen deze koolstofatomen los en laten een lijn of vlek op het papier achter. Dat laagje wordt grafeen genoemd. Maar hoe vang je zo’n laagje zodat je het als materiaal gebruiken kunt? Moeilijk was dat niet.

Grafeen toepassingen

Grafeen blijkt opmerkelijke toepassingen te hebben. Vooral op technologisch gebied zijn de mogelijkheden zeer interessant. men verwacht internet dankzij grafeen in de toekomst razendsnel zal worden, ook is grafeen zo opmerkelijk sterk, dat dit industrieel ook veel van wat we tot nu toe kennen, in positieve zin, overhoop kan gaan gooien. Vederlicht materiaal, maar sterker dan staal. Hoe interessant is dat bijvoorbeeld? Bovendien kan grafeen sensoren hypergevoelig maken. Grafeen is het dunste materiaal op aarde, maar tegelijkertijd ook het krachtigste. Verder is grafeen enorm goed geleidend voor hitte en elektra en tegelijkertijd zeer hittebestendig, en opvallend buigzaam. Daardoor worden oprolbare beeldschermen mogelijk, die extreem weinig wegen. dagelijks worden er nieuwe toepassingen van grafeen ontdekt, en grafeen is niet meer weg te denken.

Grafeen is het sterkste materiaal op aarde

Konstantin Novoselov en Andre Geim gebruikten in eerste instantie gewoon plakband om het grafeen te vangen in een laagje. Dat doen we allemaal wel eens, toch? Een beetje potlood slijpsel met plakband vangen. Maar je moet er maar opkomen om op die manier een nieuw materiaal te creëren. En wat voor materiaal? Grafeen zal de toekomst veranderen. Het is het sterkste materiaal op aarde. Ongeveer 200 keer zo sterk als staal. Maar in tegenstelling tot staal is dit juist uiterst flexibel materiaal en supergeleidend. We kunnen onze computers in de toekomst dus opvouwen? Dat zou best kunnen.

Konstantin Novoselov en Andre Geim

In 2010 ontvingen de Nederlander Andre Geim (die in Engeland woont maar in Rusland geboren werd) en de Rus Konstantin Novoselov de Nobelprijs voor Natuurkunde voor het ‘maken’ van grafeen. Ze waren erin geslaagd om zo’n dun laagje grafeen te bewerken tot een enkele laag die bruikbaar kon worden gemaakt voor toepassingen. Nu konden ze de mogelijkheden van het grafeen verder onderzoeken. Ook stond de wetenschap meteen op zijn kop want wat zouden we allemaal met grafeen kunnen doen? Volgens wetenschappers biedt het ongelooflijke mogelijkheden. Het heeft eigenschappen die vooral in elektronica een grote vooruitgang zullen kunnen veroorzaken. Denk hierbij aan supersnelle doorgave van informatie. Alle andere toepassingen worden nog steeds verder onderzocht omdat grafeen wetenschappers blijft verbazen. Het onderzoek is echter duur.

Hoe wordt grafeen gemaakt?

Grafeen of Nano-Kippengaas, wordt gemaakt door het op een ondergrond van silicium te leggen. Vervolgens werd het silicium wegge-etst en zo bleef het grafeen als laagje over. Uit onderzoek bleek dat de flinterdunne film grafeen een kippengaaspatroon van atomen vormde, en dat het nog steeds kristallen waren. Vanaf dat moment stond de wetenschap een beetje op zijn kop want het materiaal bleek geweldig interessante eigenschappen te hebben:

• Supergeleidend.
• Oersterk (sterkste materiaal op aarde).
• Slechts een atoom dun.
• Elektronen gedragen zich anders in grafeen. Ze zouden geen enkele massa hebben en bewegen zich met een constante snelheid van 1/400 van de lichtsnelheid. Dit is uniek en nooit eerder geconstateerd in een ander stof.
• Flexibel materiaal.
• Grote mobiliteit van elektronen in de kippengaasstructuur.
• Hoge mate van transparantie voor licht.

Nano-Kippengaas

Nano-Kippengaas is de bijnaam voor grafeen. Het is een platte laag van slechts een atoom dun. Dat is het dunste wat wij kennen. Het is daarom ook twee dimensionaal, en dus erg plat. Als je grafeen bekijkt onder een daarvoor geschikte microscoop, zie je een soort kippengaas structuur die een laag vormt. De koolstofatomen zijn met elkaar verbonden en vormen de kippengaas structuur, te vergelijken met de honingraten van bijen. Omdat het Geim en Novoselov gelukt is om grafeen te maken, is het materiaal in de toekomst te gebruiken voor allerlei toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan vederlichte vliegtuigen die wel ijzersterk zijn, of supergeleidende verbindingen.

Bijzondere zonnepanelen

Grafeen wordt o.a. in 2016 in China ook experimenteel gebruikt in zonnepanelen, waarbij het grafeen ervoor zorgt dat ook uit regen energie kan worden opgewekt.