Energiezuinig, hogesnelheidselektronica op nanoschaal en schermen voor mobiele telefoons en computers die zo dun zijn dat ze opgerold kunnen worden. Slechts een paar voorbeelden van wat het supermateriële grafeen ons zou kunnen geven. Maar is de Europese industrie in staat om deze visies waar te maken?

Zelden heeft een Nobelprijs voor natuurkunde de verbeelding van gadgetnerds zo aangewakkerd. Toen Andrej Geim en Konstantin Novoselov van de Universiteit van Manchester in 2010 werden beloond voor hun grafeenexperimenten, het was opmerkelijk eenvoudig om voorbeelden te geven van toekomstige toepassingen, voornamelijk in de vorm van consumentenelektronica met een prestatieniveau dat tot nu toe vrijwel ondenkbaar was.

Het is niet alleen de IT-sector die het water in de mond loopt bij de gedachte aan grafeen. Zelfs in de energie, in de medische en materiaaltechnologiesectoren zijn er hoge verwachtingen van het gebruik van deze spectaculaire eigenschappen. Misschien was praten over een toekomstige op koolstof gebaseerde technische revolutie niet overdreven.

Ook al heeft grafeen de laatste tijd niet veel aandacht in de media gekregen, achter de schermen is de onderzoekswereld koortsachtig aan het werk geweest. Vorig jaar, rond 6, Wereldwijd verschenen er 000 wetenschappelijke artikelen waarin de focus lag op grafeen. Ongeveer zes maanden geleden, nieuwe onderzoeksresultaten werden gepubliceerd die het idee van grafeen als mogelijke vervanging voor silicium in de elektronica van de toekomst meer dan ooit versterkten.

"Vorig najaar was dit nog een langetermijndoelstelling, rekening houdend met de grote uitdagingen die ermee gepaard gaan, " legt professor Jari Kinaret uit, Hoofd van het Nanoscience Area of ​​Advance bij Chalmers. "Toen verscheen er een baanbrekende publicatie uit Manchester die aantoont dat grafeen kan worden gecombineerd met andere vergelijkbare tweedimensionale materialen in een sandwichstructuur."

"Het stroomverbruik van een transistor die volgens dit principe is gebouwd, zou slechts een miljoenste zijn in vergelijking met eerdere prototypes."

Jari Kinaret leidt ook Graphene Coordinated Action, een initiatief om grafeenonderzoek binnen de EU te versterken en samen te brengen.

In lijn met de groeiende belangstelling voor grafeen over de hele wereld, de EU dreigt terrein te verliezen, vooral op het gebied van toegepast onderzoek.

"Door de hele keten te integreren, van fundamenteel onderzoek tot product, is iets waar we traditioneel niet zo bedreven in zijn in Europa in vergelijking met de Aziaten of de Amerikanen, " legt Jari Kinaret uit. Hij presenteert een taartgrafiek op de computer om zijn punt te illustreren.

De eerste grafiek laat zien dat academisch onderzoek naar grafeen tot op heden redelijk gelijk verdeeld is over de VS, Azië en Europa. Echter, de taartgrafiek met octrooiaanvragen uit elke regio is opvallend vergelijkbaar met de grootteverhouding tussen Jupiter, Saturnus en Mars.

"Er is hier iets mis en we gaan het repareren, " zegt Jari Kinaret.

Het idee is dat de onderzoeksgroepen die nu onafhankelijk van elkaar werken in een netwerk worden gekoppeld en van elkaars resultaten kunnen profiteren.

Deze geplande Europese bundeling van krachten, echter, veronderstelt meer financiering, die aan de horizon staat in de vorm van "wetenschappelijke vlaggenschepen" - de benoeming van de Europese Commissie voor de spraakmakende onderzoeksinitiatieven met een financiering van tien jaar die volgend jaar van start gaan.

Vorig jaar, Graphene Coordinated Action werd genoemd als een van de zes proefprojecten met een kans om de status van vlaggenschip te krijgen. Dit zou neerkomen op een budget van ongeveer SEK 10 miljard voor de hele periode.

Het nadeel is dat er slechts twee vlaggenschepen worden gelanceerd, vier piloten laten staan.

"Als we worden geselecteerd, het zou een substantiële verhoging van de subsidies voor Europees grafeenonderzoek betekenen - tot 50 procent meer dan nu, " zegt Jari Kinaret.

"Als het ons niet lukt, dan behouden we hopelijk in ieder geval ons huidige financiële kader."

Jari Kinaret heeft onlangs het eindverslag van het project bij de Commissie ingediend. Hij is optimistisch over hun kansen.

"Een van onze sterke punten is het niveau van wetenschappelijke excellentie. Nobelprijswinnaars Geim en Novoselov zijn lid van ons strategiecomité, samen met nog twee andere Nobelprijswinnaars. Dat is moeilijk te verslaan."

Naast aspecten die grenzen aan sciencefiction, grafeen heeft een heel tastbare kant.

Feit is dat de meeste mensen af ​​en toe een beetje grafeen produceren – onbedoeld natuurlijk. En sommigen eten zelfs grafeen.

De link tussen nanowetenschap en het dagelijks leven is het potlood. Vanaf zijn punt, een laag zacht grafiet wordt overgebracht op het oppervlak van het papier wanneer we tekenen en schrijven. (Tegelijkertijd, sommigen van ons kauwen het andere uiteinde als we denken).

Als we een sterk vergroot potloodspoor zouden bestuderen, er zou een laag grafiet te zien zijn die misschien 100 atoomlagen dik is. Echter, de buitenrand van het spoor wordt dunner en steeds transparanter en op een gegeven moment wordt de laag zo dun dat hij slechts één enkele laag koolstofatomen bevat.

Dat is waar het is - het grafeen. Het is ook de achtergrond van het motto van Graphene Coordinated Action:De toekomst in een potloodspoor.

Met een potloodstreep, over de toekomst van dit geplande onderzoeksinitiatief zal tegen het einde van dit jaar worden beslist, wanneer de geheime jury van de Europese Commissie zal beslissen welke van de twee pilots de miljarden die beschikbaar zijn voor onderzoek zullen delen.

OVER GRAPHENE

Grafeen is een vorm van grafiet, d.w.z. koolstof, die één enkele samenhangende laag atomen omvat. Het is superdun, supersterk en transparant. Het kan worden gebogen en uitgerekt en het heeft een uniek vermogen om zowel elektriciteit als warmte te geleiden.

Het bestaan ​​van grafeen is al lang bekend, hoewel Geim en Novoselov er in 2004 in slaagden om op een geheel nieuwe manier materiaalvlokken te produceren – door het met behulp van standaard huishoudtape los te breken van het grafiet.

Grafeen wordt tegenwoordig ook op andere manieren geproduceerd.

Het centrum van Zweeds grafeenonderzoek is Chalmers.

BINNENKORT OP AANRAAKSCHERMEN EN IN MOBIELE TELEFOON

De nadruk in Graphene Coordinated Action ligt op toegepast onderzoek. uiteindelijk, er is ergens aan de horizon het potentieel om een ​​Europese industrie op te bouwen rond grafeen en soortgelijke tweedimensionale materialen - zowel als componenten als als eindproducten. Bijgevolg, meerdere grote bedrijven zijn opgenomen in het netwerk, waaronder de fabrikant van mobiele telefoons Nokia.

"Omdat grafeen zowel transparant als geleidend is, het is uiteraard interessant voor gebruik in de touchscreens en displays van de toekomst. Maar grafeen kan ook worden gebruikt in batterijtechnologie of als versterking in de schaal van mobiele telefoons, " zegt Claudio Marinelli van de Nokia Research Department in Cambridge, Engeland.

Bij Nokia, Er wordt al een paar jaar onderzoek gedaan naar mogelijke toepassingen van grafeen binnen mobiele communicatie. Claudio Marinelli schat dat Nokia uiterlijk in 2015 grafeen zal gebruiken in de een of andere toepassing in zijn telefoons.

"Ook als het gaat om identificatie en andere gegevensoverdracht via het scherm, technologie op basis van grafeen denkbaar is, " hij zegt.

Verderop in de rij, hij gelooft dat de buigbaarheid en flexibiliteit van grafeen onderdeel kunnen worden van mobiele communicatie en gebruikt kunnen worden in producten die we ons op dit moment misschien wat moeilijk kunnen voorstellen.

"Wij geloven dat grafeentechnologie een grote impact zal hebben op onze business area. Daarom was het voor ons een logische stap om betrokken te zijn bij dit onderzoeksproject."