PRISVINNERE: Professor Konstantin Novoselov (t.h.) og professor Andre Geim avbildet utenfor den daglige arbeidsplassen ved universitetet i Manchester. (Bilde: Reuters)

Teipet seg til Nobelprisen

Humor

  • De to Nobelprisvinnerne er ikke noen trøtte typer som lever hele livet i hvit frakk på laboratoriet.
  • Andre Geim fikk for ti år siden det motsatte av Nobelprisen, den såkalte Ig Nobelprisen for å ha eksperimentert med magnetisk levitasjon og fått en frosk til å sveve mens han jobbet på universitetet i Nijmegen i Nederland.
  • Geim har også hatt favoritthamsteren sin (H.A.M.S. ter Tisha) som medforfatter på en rapport.
  • Geim vil være den første i verden om mottar både Ig Nobelprisen og Nobelprisen.


Tape og blyanter

  • I vanlig grafitt som vi bruker i blyanter (som vi av og til kaller bly) finner vi mange av de formene karbon kan ha, deriblant grafén.
  • Da de to russiske forskerne var på utkikk etter grafén skavet de av grafitt fra blyanter og de brukte tape for å rydde opp i alt støvet.
  • Tapen kastet de, men så kom de på at de kunne bruke den til å skille lagene fra hverandre.
  • Og ved å folde tapebitene slik at limsiden med grafittstøvet berørte hverandre gang på gang klarte de å skille ut grafén. Ganske enkle redskaper for å få en Nobelpris altså.


Karbon nanostrukturer

Har lenge vært utsatt for stor interesse for sine egenskaper. Karbon nanorør og nanokuler, såkalte fullerener, ble oppdaget i 1985. Slike kan ses på som varianter av grafén rullet opp i rørform eller i kuleform.

De to russerne professor Andre Geim og professor Konstantin Novoselov har vunnet Nobelprisen i fysikk for oppdagelsen av grafén, karbonatomer bundet til hverandre i sjiktform som er bare et atom tykt.

Ikke bare er det gjennomsiktig, grafén er opptil 500 ganger sterkere enn stål, ugjennomtrengelig for gasser og væsker og leder strøm bedre enn kobber. Og det er bare et lite utvalg av en lang rekke spennende egenskaper.

Vi kan stå overfor en materialrevolusjon av de helt store når man lærer mer om grafén og kan produsere det billig i stor skala.

Fersk

De to russerne isolerte grafén for bare seks år siden. Det er spesielt for en Nobelpris som gjerne kommer flere tiår etter oppdagelsen.

I tillegg er de to ganske unge som Nobelprisvinnere. Her mener nok Nobelkomiteen i fysikk at de to har satt oss på sporet av noe virkelig stort. Grafén kan bli en revolusjon på mange måter.

Les også: Forskning på supermateriale ga nobelpris





Todimensjonalt

Grafén er det som kan karakteriseres som en todimensjonal krystall. Hvert karbonatom binder seg til tre andre 120 grader fra hverandre slik at bindingene får en heksagonal form. Resultatet er et gitter som sprer seg ut i planet og danner et material som er fundamentalt ulikt de tredimensjonale materialene vi er kjent med.

Siden oppdagelsen i 2004 er det utviklet flere metoder for å produsere grafén. Ved Massachusetts Institute of Technology har man klart å få grafén til å vokse på andre krystaller og så løsner man det kjemisk fra bærestrukturen. Man tror ikke det er noen større hindringer i veien for produksjon i større skala.

STRUKTURERT: Karbonatomene i grafén binder seg meget strukturert og danner et heksagonalt mønster.

Bruksområder

De spesielle egenskapene til grafén gjør at mange håper på et vell av nye produkter med revolusjonerende egenskaper. Innen elektronikk håper mange på at grafén kan bli, om ikke en erstatter for, så et viktig supplement til silisium. Ledningsevnen til grafén er så god at transistorer basert på materialet vil svitsje mye raskere enn dagens Si-baserte og energien går ikke tapt i varme. Det er et av hovedproblemene med moderne elektronikk. Men det vil ta tid før man kan produsere integrerte kretser basert på grafén.

Kombinasjonen av ledningsevne og transparens kan også få betydning i alt fra berøringsskjermer i mobiler og nettbrett til solcellepaneler.

Når et gassmolekyl kommer i berøring med grafén påvirkes de elektriske egenskapene. Den todimensjonale strukturen gjør at man har målt effekter av så lite som et enkelt gassmolekyl og det kan bety en helt ny type superfølsomme gass-sensorer.

Grafén har også veldig gode egenskaper som fotosensor. IBM har allerede laget en slik i laboratoriet og materialet kan gjøre optisk telekommunikasjon vesentlig mer effektivt. Kanskje også fremtidens digitale kameraer vil få slike sensorbrikker.

Det er nesten ikke grenser for hva graféns styrkeegenskaper kan bidra med. Lettere og sterkere biler, fly, broer, romfarkoster osv.

På grunn av den enorme styrken i et sjikt som bare er et atom tykt tror man grafén kan bli en verdifull støttemembran innen transmisjonelektronmikroskopi. Det kan brukes som underlag for strukturer i nanostørrelse omtrent som vi legger objekter på en glassplate i optiske mikroskoper. Den uniforme karbonstrukturen til grafén gir minimal interferens og kan lett fjernes fra de bildene man tar.

På grunn av den enorme styrken i et sjikt som bare er et atom tykt tror man grafén kan bli en verdifull støttemembran innen transmisjonelektronmikroskopi. Det kan brukes som underlag for strukturer i nanostørrelse omtrent som vi legger objekter på en glassplate i optiske mikroskoper. Den uniforme karbonstrukturen til grafén gir minimal interferens og kan lett fjernes fra de bildene man tar. FLYVENDE AMFIBIUM: Andre Geim har fått Ig Nobelprisen for å ha fått en frosk til å sveve med magnetisk levitasjon. Les mer i faktarammen til høyre.

På grunn av graféns motstandsdyktighet mot etsende syrer og baser kan grafén i fremtiden brukes som et supertynt beskyttelsessjikt mot slike angrep.

Ved å blande grafén inn i plast kan den bli elektrisk ledende og får mye større varmebestandighet.

Man har også oppdaget av sjikt med grafénoksid har antiseptiske egenskaper. Det kan brukes i alt fra å hindre “tåfis”-lukt fra sko til plasttrekk over mat som gjør at den holder seg frisk mye lenger.

Etter hvert som forskerne jobber med grafén finner man en lang rekke spesielle egenskaper som kan utnyttes på en eller annen måte. Mange av dem kan gi opphav til nye teknologiske løsninger.





Mer enn grafén

De to russerne har ikke tenkt å hvile på oppdagelsen av grafén. Nylig klarte de å fremstille en variant i form av grafén overstrødd med hydrogenatomer.

Dette materialet, som er kalt grafan, leder ikke strøm, men i følge Geim er ikke det så interessant. Det interessante er når de kombinerer grafén med alle de andre atomene i det periodiske system og ser hvilke egenskaper de kan by på.

Grafan har bare åpnet slusene.