Wat is grafeen?
Grafeen is een term voor een speciale structuur of allotroop van koolstofatomen waarbij ze zichzelf assembleren in dubbelgebonden zes koolstofatoomringen in tweedimensionale platen. Op atomaire schaal lijkt grafeen op de structuur van kippengaas, of die van een hek van een kettingschakel, en is een zich herhalende tweedimensionale structuur die, wanneer deze in cilinders is gevouwen, bekend staat als een koolstofnanobuis of, wanneer gevormd in een bol , wordt vaak een buckyball of fullereen genoemd. Een van de meest voorkomende gebieden waar grafeenvellen van nature voorkomen en in kleine hoeveelheden worden geproduceerd, is in wat vaak wordt aangeduid als loodpotloden, die vellen van het koolstofrooster van het potloodpunt wrijven wanneer het wordt afgeschuurd tegen papier, waardoor vertrouwde potloodstrepen achterblijven .
Zowel grafisch materiaal als onderzoek naar grafeentechnologie worden in de 21e eeuw zo belangrijk geacht dat het in 2010 twee Britse onderzoekers aan de Universiteit van Manchester de Nobelprijs voor de natuurkunde heeft gewonnen. Andre Geim, een Nederlands-Russische natuurkundige, en Konstantin Novoselov , een Russisch-Britse natuurkundige, ontdekte een praktische methode voor het produceren van afzonderlijke atomaire lagen grafeen. Toepassingen voor atoomlagen van grafeen omvatten het spectrum van zeer dichte vormen van gegevensopslag in computers tot ultracapaciteiten om elektrische energie op te slaan en flexibele zonnecellen die moeilijk te vervangen kunnen zijn door silicium. De unieke tweedimensionale vorm van grafeenplaten maakt ze ook nuttig in deeltjesfysisch onderzoek bij nucleaire versnellingsinstallaties, waar ze een rustmassa van nul kunnen hebben, waardoor ze eigenschappen van het Heisenberg-onzekerheidsprincipe kunnen vertonen wanneer ze worden gebombardeerd door relativistische elektronenstromen.
De vele potentiële commerciële toepassingen voor grafeen hebben geleid tot een gestage toename van gepubliceerde artikelen door de wetenschappelijke gemeenschap. Vanaf 2011 zijn meer dan 25.000 onderzoekspapieren en patenten ingediend voor grafeen-toepassingen, met een jaarlijks gemiddelde van 157 in 2004 tot meer dan 2500 kranten in 2010. Ontwikkelingen in grafeen-fotonica en opto-elektronische apparaten is een van de meest veelbelovende gebieden die worden onderzocht. Dit komt omdat het materiaal de efficiëntie kan verbeteren van light-emitting diode (LED) -panelen die in alles worden gebruikt, van computer- en televisieschermen tot lichtsensoren. Grafeen zou dergelijke displays flexibel en duurzamer maken en de noodzaak vervangen om zeldzame en soms toxische metalen te gebruiken bij de vervaardiging ervan, zoals platina en indium.
Een van de belangrijkste eigenschappen van grafeen dat het nuttig zou maken als een flexibel touchscreen voor een geldautomaat of zonnecel, is dat het tegelijkertijd transparant kan zijn voor de doorgang van licht en een efficiënte elektrische geleider. Pas in 2010 werd de Nobelprijs voor de natuurkunde toegekend, maar een eenvoudige manier om grote hoeveelheden afzonderlijke atoomlagen van het materiaal te produceren. Sinds de publicatie van de productiemethode door onderzoekers van de Universiteit van Manchester hebben Zuid-Koreaanse wetenschappers een manier gevonden om het proces op te schalen om vellen van het materiaal te produceren die kunnen worden gebruikt voor computer- en televisieschermen van standaardformaat.