Vad är grafen?
Grafen är en term för en speciell struktur eller allotrop av kolatomer där de själva monterar sig i dubbelbundna sex kolatomerringar i tvådimensionella ark. I atomär skala liknar grafen strukturen hos kycklingtråd eller kedjelänkstaket, och är en upprepande tvådimensionell struktur som, när den viks in i cylindrar, är känd som en kol nanorör, eller, när den formas till en sfär , kallas ofta en buckyball eller fulleren. Ett av de vanligaste områdena där grafenark existerar naturligt och produceras i små mängder är i vad som vanligtvis är märkta som blypennor, som gnider ark av kolgitter från blyertspennan när det skrapas mot papper och lämnar bekanta blyertspennor .
Både grafitmaterial och forskning om grafenteknologi anses så viktigt under 2000-talet att det vann två brittiska forskare vid University of Manchester Nobelpriset i fysik 2010. Andre Geim, en holländsk-rysk fysiker, och Konstantin Novoselov , en russisk-brittisk fysiker, upptäckte en praktisk metod för att producera enskilda atomiska lager av grafen. Tillämpningar för atomiska lager av grafen spänner över spektrumet från mycket täta former av datalagring i datorer till ultrakapacitatorer för att lagra elektrisk energi och flexibla solceller som kan ersätta svårt att arbeta med kisel. Den unika tvådimensionella formen av grafenark gör dem också användbara i partikelfysikforskning vid kärnkraftsacceleratoranläggningar, där de kan ha en vilovärde på noll, vilket gör att de kan visa egenskaper för Heisenbergs osäkerhetsprincip när de bombarderas av relativistiska elektronströmmar.
De många potentiella kommersiella applikationerna för grafen har lett till en stadig ökning av publicerade artiklar från det vetenskapliga samfundet. Från 2011 har över 25 000 forskningsdokument och patent lämnats in för grafenansökningar, med det årliga genomsnittet hoppade från 157 2004 till över 2500 papper 2010. Utvecklingen inom grafenfotonik och optoelektronik är ett av de mest lovande områden som forskas. Detta beror på att materialet kan förbättra effektiviteten hos ljusdioder (LED) -paneler som används i allt från dator- och TV-skärmar till ljusgivare. Grafen skulle göra sådana skärmar flexibla och mer hållbara och ersätta behovet av att använda sällsynta och ibland giftiga metaller vid tillverkningen, såsom platina och indium.
En av de viktigaste egenskaperna hos grafen som skulle göra det användbart som en flexibel pekskärm för en automatiserad tellermaskin (ATM) eller solcell är att den både kan vara transparent för ljusgenomgång och en effektiv elektrisk ledare samtidigt. Det var inte förrän Nobelpriset i fysik delades ut 2010, men ett enkelt sätt att tillverka stora mängder enstaka atomlager av materialet var möjligt. Sedan forskare från University of Manchester publicerade tillverkningsmetodiken har sydkoreanska forskare hittat ett sätt att uppskala processen för att producera ark med material som kan användas för dator- och TV-skärmar i standardstorlek.