SUPERMATERIALE: - Jeg er sikker på at grafén har en fremtid i elektronikken, sier professor Edouard Monakhov. (Bilde: Wikipedia)

Supermateriale kan revolusjonere elektronikken

  • innsikt

En bestemt type grafén leder varme 20 ganger raskere enn silisium.

Forhåpningene øker til hva dette supermaterialet kan gjøre for elektronikken.

Ut med mekaniske deler?

De fleste har merket varmen som genereres av elektroniske komponenter, for eksempel ved at lårene begynner å brenner med laptopen på fanget. Blir det for hett, går hele greia i stå.

Datamaskiner har mekaniske deler som pumper varme ut av systemet, men fjerningen av varme starter egentlig med selve databrikkene, som gjør det hetere for hver eneste utregning.

TROR PÅ GRAFÉN: Professor Edouard Monakhov.
TROR PÅ GRAFÉN: Professor Edouard Monakhov. UiO

Hastigheten og størrelsen på databrikker begrenses blant annet av hvor bra de selv klarer å kvitte seg med varmen. Silisiumkomponenter klarer det ikke raskt nok, og trenger hjelp fra for eksempel vifter eller systemer for vannkjøling.

- I fremtiden er det mulig at vi kan kvitte oss med slike mekaniske deler som hjelper med kjølingen, kommenterer professor Edouard Monakhov ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.

Karbonflak

Grafén er et materiale som består av det samme som finnes i en blyantspiss, nemlig rent karbon.

«Blyet» i blyanten er egentlig grafitt, og når du skriver legger grafitten igjen små flak av karbon på arket. Noen av dem er bare ett atom tykke, og slike flak fikk navnet grafén i 1987.

Du kan se for deg stoffet som en hønsenetting av karbonatomer koblet sammen i sekskantform.

Fremstilling av rent grafén ble ikke oppnådd før i 2004. For dette gjennombruddet fikk fysikerne Konstantin Novoselov og Andre Geim nobelprisen i fysikk i 2010.

Materialet har en lang rekke attraktive egenskaper, blant annet en overlegen evne til å lede elektrisitet og varme, i tillegg til mekanisk styrke og unik optisk absorpsjon.

Les også:

Dette er verdens minste kart

Nordmenn kurerer kreft med lys og kjemi

Denne ledningen er 1/10000-del av et hårstrå

Selvkjølende

I april 2011 kom en studie i tidsskriftet Nature Nanotechnology som viste at graféntransistorer var selvkjølende. Fra før har det vært kjent at databrikker laget av grafén kan være raskere enn de som er laget av silisium, og at de trenger mindre strøm.

Studien som nå foreligger, gir en mer presis dokumentasjon av hvor effektivt grafén kan lede varme, og øker attraktiviteten til dette materialet som en erstatning for silisium.

Forskerne viser nemlig at en spesiell isotopisk variant av materialet er enda mye bedre til varmeleding enn grafén i sin naturlige form.

Naturlige karbonmaterialer er laget av to stabile isotoper, karbon-12 og karbon-13. Ved å fjerne bare én prosent av karbon-13, endret forskerne den dynamiske egenskapen til hønsenettingen av karbonatomer, og påvirket evnen til å lede varme.

Testene viser at denne spesielle typen grafén leder varme 60 prosent mer effektivt enn den normale typen.

Kraftelektronikk

- Varmeproblematikken er viktig. Det blir en veldig stor fordel hvis vi kan kvitte oss med de mekaniske delene for kjøling i elektroniske systemer, sier Monakhov.

Det gjelder ikke bare for datamaskiner og andre dagligdagse elektroniske duppeditter. Innen kraftelektronikken, for eksempel i strømnettet, opereres det med høyspenning som gjøre det skikkelig hett. Her er det kritisk med gode kjølingssystemer, og det holder ikke med vifter.

- På denne elektronikken, som brukes til å konvertere fra en spenning til en annen, må vi bruke vannkjøling. Her kan grafén bli veldig viktig. Systemer med dette materialet kan hjelpe til med å transportere varmen ut fra kritiske områder, sier Monakhov.

Dersom deler som vifter og vannpumper kan fjernes, blir det hele billigere, mindre – og dessuten stillere.

- Men i første omgang må disse resultatene bekreftes, fortsetter han.

Tidlig fase

Grafén-elektronikken er dessuten fremdeles på barnestadiet, og Monakhov understreker at det kan dukke opp utfordringer med implementeringen.

- Men jeg her helt overbevist om at hvis resultatene bekreftes, så kommer det en smarting og finner ut hvordan grafén kan implementeres også for kjølende eller varmelendende applikasjon, sier han.

Det er allerede gjort fremskritt, men grafén-eletronikken er ennåikke så utviklet for praktiske formål.

- For slik pålitelig teknologi trengs flere nyvinninger. Men jeg er sikker på at grafén har en fremtid i elektronikken. For tiden foregår det en stor satsing i forhold til elektroniske applikasjoner, som transistorer, sier Monakhov.

- Før eller senere kommer det noen som får det til, sier han.

Les også:

Derfor blir synet dårligere etter 40

TEST: Macbook Air vs nye ultrabooks

TEST: Playstation Vita

TEST: Kameraobjektiv til iPhone