25-06-2017 17:36:06

Miraklet grafen baner vej for en ny verden af 2D-materialer

Det startede med opdagelsen af mirakelmaterialet grafen i 2004, og snart kan en verden af todimensionelle materialer tilbyde os helt nye, lynhurtige, vanvittigt effektive og ultrasmå former for elektronik. Vi ser på udviklingen herunder.
4. dec. 2015 Af Maria Behrendt - Ingeniøren

Et mirakelmateriale. Sådan er det atomtynde, ekstremt stærke og eminent ledende 2D-materiale grafen igen og igen blevet omtalt, siden det i 2004 blev opdaget og omtalt i Science.

Bag opdagelsen stod de to russiske forskere Andre Geim og Konstantin Novoselov fra University of Manchester, som dog havde haft en ung ph.d.-studerend til at lave et stor del af forarbejdet med at polere grafitlag så tynde som muligt. Den historie kan du læse mere om på ing.dk.

Ikke desto mindre var det en banebrydende opdagelse, da det lykkedes de to forskere med et stykke tape at afrive et enkeltatomlag af kulstofatomer fra grafitlag. Særligt fordi et sådant enkeltlag aldrig før var blevet fremstillet. De to forskere fik da også en Nobelpris allerede i 2010 - en lynekspedering i den verden.

Grafen har en række enestående egenskaber: Det er 200 gange stærkere end stål, det er uigennemtrængeligt for gasser, det er enormt fleksibelt, og så er det en eminent leder af både elektricitet og varme.

Den store interesse for materialet skyldes dog primært dets særegne elektroniske egenskaber. Elektroner kan, trods at grafenlaget er ubeskyttet, bevæge sig, og modstanden kan ændres med en faktor 100. Grafen er specielt velegnet til højhastighedselektronik, fordi det har en høj mobilitet for ladningsbærere.

Det todimensionelle materiale har dog også sine udfordringer. Det samarbejder utrolig dårligt med almindelige tredimensionelle materialer som aluminium, silicium eller guld. Når grafen bringes i kontakt med materialer som disse, bliver bevægeligheden af dets elektroner ringe. Det gør det ganske vanskeligt at bringe grafen i spil til højhastighedselektronik, selvom dets egenskaber alene er eminente. Samtidig mangler grafen et båndgab, hvilket betyder, at man ikke kan slukke dets elektriske felt. Grafen kan derfor ikke bruges til transistorer, før forskere finder ud af åbne båndgabet. Noget der arbejdes intensivt med.

Siden opdagelsen af grafen har forskere og regeringer verden over kastet et væld af kræfter og økonomiske bevillinger efter forskning i ikke bare grafen, men også andre 2D-materialer. Herhjemme er Aarhus Universitet (AU) med professor Philip Hofmann fra Institut for Fysik og Astronomi i front i forhold til at studere 2D-materialer i både teori og praksis. Her arbejder man blandt andet på at danne todimensionelle materialer, som ikke findes i naturen. En stor del af AU-gruppens forskning er samlet her.

På University of Liverpool skabte forskere sidste år det grafen-lignende materiale ‘triazin-baseret grafitisk carbonnitrid’ ( TGCN), der dog, i modsætning til det metalliske grafen, er en halvleder, hvilket gør det særligt interessant i forhold til fx. transistorer.

I takt med at stadigt flere 2D-materialer ser dagens lys i laboratorier verden over, stiger også begejstringen for deres fremtidige anvendelighed. Materialerne repræsenterer nemlig ikke blot muligheden for at forbedre eksisterende elektronik. De åbner muligheden for at skabe helt nye (og meget små) elektroniske enheder såsom computerchips, elektroder, solceller og atomtynde lysdioder.

Vil du læse meget mere om halvledende 2D-materialer, udgav Nature i december sidste år et fokus om emnet.  

Fremtidens nanoelektronik fremstilles af smøremidler
Fremtidens nanoelektronik fremstilles af smøremidler

Grafit kender du med garanti fra blyanter. Det er også en vigtig del af stål, bremsebelægninger, bildæk og meget andet. Det er også muligt at du har haft fingre i en spraydåse, der har haft ordene ...

Læs mere
Fremtidens materialer
Fremtidens materialer

Oplev fremtidens materiale Grafén, der blev opdaget i 2004. Se professor Peter Bøggild fortælle om de store muligheder i prgrammerbare grundstoffer.

Læs mere
Peter Bøggild - fremtidens materialer
Peter Bøggild - fremtidens materialer

Oplev fremtidens materiale Grafén, der blev opdaget i 2004. Se professor Peter Bøggild fortælle om de store muligheder i prgrammerbare grundstoffer.

Læs mere

Deltag i debatten

Fremtidsteknologi

Nyeste job fra Jobfinder

luk
close