Grafeen - het materiaal van de toekomst

Grafeen - het materiaal van de toekomst

In 2010 wonnen natuurkundigen Andre Geim en Konstantin Novoselov de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor de ontdekking van het grafeen. Tegenwoordig wordt grafeen al het ‘materiaal van de toekomst’ genoemd vanwege zijn bijzondere eigenschappen die met name nuttig zijn in elektronica. Wat is grafeen en wat gaat het voor onze samenleving betekenen?

Wat is grafeen?

Grafeen is een bijzonder materiaal dat voor 100% bestaat uit koolstof. Net zoals het spul waar je mee schrijft in een potlood, het zwarte spul als je je eten laat aanbranden en diamanten. De structuur van grafeen is echter heel bijzonder. De koolstofatomen zijn gerangschikt als kippengaas. Het is dus een enkele laag van koolstofatomen.

De opbouw en structuur van het grafeen heeft bijzonder veel weg van de structuur van grafiet. Grafiet ken je vast wel, want het wordt gebruikt in potloden. Grafiet is het stukje waar je daadwerkelijk mee schrijft. Grafiet is in feite meerdere grafeenlagen op elkaar gestapeld, zoals op het plaatje hieronder.

Grafiet op moluculair niveau

Aangezien potloden zeer goedkoop zijn, kun je begrijpen dat grafiet erg veel voorkomt in de natuur. Daarentegen is het veel moeilijker om aan grafeen te komen. Grafeen is te verkrijgen door met sterk plakband grafiet laag voor laag uit elkaar te trekken

Waarom is het zo bijzonder?

Grafeen is een heel bijzonder materiaal met talloze toepassingen. Deze worden op het moment nog steeds niet volledig benut omdat het productieproces te duur is, maar de verwachting bestaat dat binnen een jaar of tien alle elektronica voornamelijk uit grafeen zal bestaan, in plaats van silicium (waar elektronica nu van gemaakt wordt).

Wat voor een functie heeft grafeen dan? Door de structuur van grafeen gaan elektronen zich gedragen als massaloze deeltjes. Hierdoor bewegen ze met een gigantische snelheid door het materiaal heen, ongeveer een miljoen meter per seconde (dat is ongeveer één procent van de lichtsnelheid!). Aangezien elektronica informatie uitwisselt met elektronen (what’s in a name!), kan informatie véél sneller uitgewisseld worden met chips die van grafeen zijn gemaakt.

Wat hebben we er aan?

Wanneer informatieoverdracht veel sneller kan gaan dan nu, kunnen computers en dergelijke veel sneller werken. Versnelde techniek is natuurlijk al genoeg reden om grafeen snel in te gaan zetten. Het grafeen heeft echter nog veel meer mooie toepassingen. Gezien elektronen zich van nature al relativistisch gedragen (een snelheid die in de buurt van de lichtsnelheid komt), is het veel makkelijker om processen met extreem hoge snelheden te onderzoeken. Voor veel van deze meetprocessen is het vereist om elektronen eerst een snelheid van meer dan 30.000 meter per seconde te geven, wat vaak gebeurt door het inzetten van erg dure apparatuur en veel energie. Met grafeen is deze hoge snelheid van de elektronen veel gemakkelijker te verkrijgen en kan er bespaart worden op onderzoekskosten. Hopelijk kunnen hierdoor veel meer onderzoeken in relatief korte tijd gedaan worden.

Dat de ontdekking van grafeen een Nobelprijs was, is hopelijk wel duidelijk nu. De vinding van dit materiaal gaat immers de elektronica van de nabije toekomst bepalen en zet de gehele industrie op zijn kop. Dit gaat echter nog eventjes duren, want je hebt het al kunnen lezen: er moet eerst nog een manier gevonden worden waardoor grafeen in grote hoeveelheden geproduceerd kan worden.

Luc Hendriks's afbeelding

Over Luc Hendriks

Nijmegen http://www.heel.al

Reacties