science >> Wetenschap > >> anders

Grafeen:200 keer sterker dan staal,

1, 000 keer lichter dan papier

Een vel grafeen ziet eruit als een honingraat op atomaire schaal. enot-poloskun/Getty Images

In 2004, twee wetenschappers van de Universiteit van Manchester voerden een bedrieglijk eenvoudig experiment uit met mogelijk wereldveranderende gevolgen. De onderzoekers, Andre Geim en Konstantin Novoselov, speelden met grafiet, het spul in de punt van je potlood. Grafiet is gemaakt van superdunne platen van pure koolstof die op elkaar zijn gestapeld. Geim en Novoselov wilden zien of ze een enkel vel grafiet konden isoleren, een onmogelijk dunne laag koolstof van slechts één atoom dik.

Dus, ze pakten een rol plakband. Ja, dezelfde transparante tape in de plastic applicator die je in je rommellade bewaart. Hier is hoe Geim zijn techniek beschreef, zoals gemeld door de BBC.

"Je plakt [plakband] op grafiet of mica en pelt de bovenste laag. Er zijn schilfers grafiet die loskomen op je tape. Dan vouw je de tape dubbel en plak je het op de vlokken bovenop en splitsen ze weer. En u herhaalt deze procedure 10 of 20 keer. de vlokken splitsen zich in dunnere en dunnere vlokken. Op het einde blijf je zitten met hele dunne vlokken op je tape. Je lost de tape op en alles gaat in oplossing."

De plakbandmethode werkte! Door een enkellaags vel koolstof te isoleren, Geim en Novoselov werden gecrediteerd met het ontdekken van een gloednieuw materiaal genaamd grafeen waarvan nu wordt aangenomen dat het de sterkste is, lichtste en meest elektrisch geleidende stof op aarde.

In 2010, Geim en Novoselov hebben de Nobelprijs voor natuurkunde gekregen voor het ontdekken van grafeen, en onderzoekers over de hele wereld begonnen te schreeuwen naar manieren om dit opmerkelijke "supermateriaal" te gebruiken om krachtigere en duurzamere batterijen te bouwen, snellere microchips, flexibele schakelingen, implanteerbare biosensoren en meer. Een decennium later, grafeen moet zijn veel gehypte beloften nog waarmaken, maar insiders zijn ervan overtuigd dat we eindelijk smartphones zullen zien, elektrische auto's en sensoren met behulp van op grafeen gebaseerde technologie in de komende jaren.

Waarom is grafeen een supermateriaal?

Meten met een dikte van slechts één atoom, een vel grafeen controleert alle vakjes van een supermateriaal:

Grafeen is in gewicht 200 keer sterker dan staal.
het is 1, 000 keer lichter dan papier.
Het is voor 98 procent transparant.
Het geleidt elektriciteit beter dan enig ander bekend materiaal bij kamertemperatuur.
Het kan licht van elke golflengte omzetten in een stroom.
En, Tenslotte, grafeen is gemaakt van koolstof, het vierde meest voorkomende element in het universum, dus het is niet waarschijnlijk dat we opraken

Grafeen haalt zijn superkrachten uit zijn structuur. Als je dicht genoeg zou kunnen inzoomen, je zou zien dat een vel grafeen eruitziet als een honingraat op atomaire schaal. Individuele koolstofatomen zijn gerangschikt in een zeshoekig patroon dat lijkt op kippengaas. Elk koolstofatoom in een vel grafeen is covalent gebonden aan drie andere koolstofitems, wat het materiaal zijn ongelooflijke kracht geeft.

Waarom geleidt grafeen elektriciteit zo goed? Opnieuw, vanwege de manier waarop die koolstofatomen zijn gebonden. Elk koolstofatoom heeft vier elektronen in zijn buitenste schil, maar slechts drie van die elektronen worden gedeeld met de aangrenzende drie koolstofatomen. Het resterende elektron wordt een pi-elektron genoemd en kan vrij bewegen in de driedimensionale ruimte, waardoor het bijna zonder weerstand elektrische ladingen over het grafeen kan overbrengen. In feite, grafeen is de snelste geleider van elektriciteit bij kamertemperatuur van alle bekende stoffen.