Graphene: Ihmemateriaali elektroniikassa ja energiantuotannossa!

Graphene on kaksiulotteinen hiilimateriaali, joka koostuu yhdestä hiiliatomien tavallisesta kuusikulmaisesta verkosta. Sen ominaisuudet ovat hämmästyttäviä – vahvuuttaan verrataan teräkseen, mutta se on samalla huomattavasti kevyempi ja joustavampi. Graphenen johtavuus on myös erinomainen sekä sähköä että lämpöä.

Materiaalin löytäminen vuonna 2004 ansaitsi Andre Geiminille ja Konstantin Novoseloville Nobelin kemianpalkinnon vuonna 2010, ja siitä lähtien graphene on herättänyt valtavan kiinnostuksen tiedeyhteisössä ja teollisuudessa.

Graphenen ominaisuudet: Mikä tekee siitä niin erityisen?

• Mahtava vahvuus: Graphene on maailman vahvin tunnettu materiaali. Se on yli 200 kertaa vahvempaa kuin teräs, mutta silti uskomattoman kevyttä. Kuvittele materiaalilla tehtyjä lentokoneita tai autoja!

• Erinomainen johtavuus: Graphene johtaa sekä sähköä että lämpöä huomattavasti paremmin kuin monet muut materiaalit, jopa kupari ja kulta. Tämä ominaisuus tekee siitä erinomaisen vaihtoehdon elektroniikassa ja energiantuotannossa.

• Joustavuus: Graphene on yllättävän joustavaa materiaalia, joka kestää venymistä jopa 20 prosenttia alkuperäisestä koostaan.

• Läpinäkyvyys: Graphene on lähes läpinäkyvää, mikä mahdollistaa sen käytön aurinkokennoissa ja näytöissä.

Graphenen sovellukset: Missä ihmeitä tapahtuu?

Graphenen ainutlaatuiset ominaisuudet avaavat portin lukemattomille sovelluksille useilla aloilla:

Sovellusala	Kuvaus
Elektroniikka	Nopeita ja energiatehokkaita transistoreja, prosesoreita ja muistia
Energia	Aurinkokennot, superkapasitorit ja polttokennot tehokkaampaan energiantuotantoon ja varastointiin
Materiaaliteollisuus	Vahvoja ja keveitä komposiittimateriaaleja lentokoneisiin, autoihin ja rakennusmateriaaleihin
Lääketiede	Lääkeaineiden kuljetusjärjestelmät ja biosensorit tarkempien diagnoosien ja hoitojen mahdollistamiseksi

Graphenen tuotanto: Miten sitä tehdään?

Grapheneta tuotetaan useilla eri menetelmillä, joista jokaisella on omat etunsa ja haittansa.

• Mekaaninen eksfoliaatio: Tässä menetelmässä grafiitti koostuu yksittäisiksi kerroksiksi ultraäänin tai nauhalla. Se on yksinkertainen menetelmä, mutta tuottaa pieniä määriä grapheneta ja on työläs skaalautua suurempaan tuotantoon.

• Kemiallinen höyrykerroskasvatus (CVD): Tätä menetelmää käytetään yleisimmin teollisessa mittakaavassa. CVD:ssä kaasufaasista hiiliatomeja kerrotaan kuumaan alustaan, muodostaen grafeenia.

• Happi-interkalointi: Tässä menetelmässä grafiitin pinnalle lisätään happeatoimella “välikerroksia”, jotka voidaan poistaa myöhemmin jättäen taakseen graphenen.

Graphenen tulevaisuus: Mitä odottaa?

Graphene on edelleen nuori materiaali ja sen täysi potentiaali on vielä avaamatta. Tutkimus jatkuu vauhdilla ja uusia sovelluksia kehitetään koko ajan. Odotukset grafeenin suhteen ovat korkealla, ja se uskotaan olevan yksi 21. vuosisadan tärkeimmistä materiaaleista.

Kuvittele tulevaisuutta, jossa grafeeni on integroitu lähes kaikkiin elektronisiin laitteisiimme, aurinkoenergialla toimivia taloja, kevyempiä ja vahvempia autoja - mahdollisuudet ovat rajattomat!