Wondermateriaal grafeen zou in de nabije toekomst niet alleen de elektronische markt kunnen domineren, het kan ook leiden tot een enorm scala aan nieuwe markten en nieuwe toepassingen, een mijlpaal in de krant van de Universiteit van Manchester beweert.

Inschrijven Natuur , Nobelprijswinnaar professor Kostya Novoselov en een internationaal team van auteurs hebben een 'Graphene Roadmap' geproduceerd die voor het eerst aangeeft wat 's werelds dunste, sterkste en meest geleidende materiaal echt kan bereiken.

Het papier beschrijft hoe grafeen, voor het eerst geïsoleerd aan de Universiteit van Manchester door professor Novoselov en collega professor Andre Geim in 2004, heeft het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in diverse toepassingen, van smartphones en ultrasnelle breedband tot geneesmiddelen tegen kanker en computerchips.

Een belangrijk gebied zijn touchscreen-apparaten, zoals de iPad van Apple, die indiumtinoxide gebruiken. De uitstekende mechanische flexibiliteit en chemische duurzaamheid van grafeen zijn veel beter. Grafeen touchscreen-apparaten zouden veel duurzamer blijken te zijn en een weg openen voor flexibele apparaten.

De auteurs schatten dat de eerste grafeen touchscreen-apparaten binnen drie tot vijf jaar op de markt zouden kunnen zijn, maar zal zijn volledige potentieel pas realiseren in flexibele elektronicatoepassingen.

Oprolbaar e-paper is een andere toepassing die in 2015 als prototype beschikbaar zou moeten zijn - de flexibiliteit van grafeen blijkt ideaal voor opvouwbare elektronische vellen die een revolutie teweeg kunnen brengen in de elektronica.

Tijdschema's voor toepassingen variëren sterk, afhankelijk van de vereiste kwaliteit van grafeen, het rapport beweert. Bijvoorbeeld, de onderzoekers schatten apparaten, waaronder fotodetectoren, snelle draadloze communicatie en THz-generatoren (voor gebruik in medische beeldvorming en beveiligingsapparatuur) zouden pas in 2020 beschikbaar zijn, terwijl geneesmiddelen tegen kanker en grafeen als vervanging voor silicium waarschijnlijk pas rond 2030 werkelijkheid worden.

Het document beschrijft ook de verschillende manieren om grafeen te produceren - processen die enorm zijn geëvolueerd van de plakbandmethode die door de Nobelprijswinnaars werd ontwikkeld.

Het artikel beweert dat er drie hoofdmethoden zijn om grafeen te maken:

• Vloeibare fase en thermische exfoliatie - grafiet blootstellen aan een oplosmiddel dat het splitst in afzonderlijke grafeenvlokken. Deze methode is ideaal voor energietoepassingen (batterijen en supercondensatoren), maar ook voor grafeenverven en -inkten voor producten zoals gedrukte elektronica, slimme ramen en elektromagnetische afscherming. Extra functionaliteit toevoegen aan composietmaterialen (extra sterkte, geleidbaarheid, vochtbarrière) is een ander gebied waarop grafeen kan worden toegepast.
• Chemische dampafzetting - groeiende grafeenfilms op koperfolies, voor gebruik in flexibele en transparante elektronicatoepassingen en fotonica, onder andere.
• Synthese op siliciumcarbide - groeiend grafeen op de silicium- of koolstofvlakken van dit materiaal dat gewoonlijk wordt gebruikt voor krachtige elektronica. Dit kan resulteren in grafeen van zeer hoge kwaliteit met uitstekend gevormde kristallen, perfect voor hoogfrequente transistors.

Professor Novoselov zei:"Grafeen heeft het potentieel om veel aspecten van ons leven tegelijkertijd te revolutioneren. Sommige toepassingen kunnen al binnen een paar jaar verschijnen en sommige vereisen nog jaren hard werk.

"Verschillende toepassingen vereisen verschillende soorten grafeen en degenen die de laagste kwaliteit gebruiken, zullen als eerste verschijnen, waarschijnlijk over een paar jaar. Degenen die de hoogste kwaliteit vereisen, kunnen tientallen jaren duren.

“Omdat de ontwikkelingen van de afgelopen jaren echt explosief waren, de vooruitzichten van grafeen blijven snel verbeteren.

"Grafeen is een uniek kristal in die zin dat het eigenhandig een groot aantal superieure eigenschappen heeft toegeëigend:van mechanisch tot elektronisch. Dit suggereert dat zijn volledige kracht alleen zal worden gerealiseerd in nieuwe toepassingen, die speciaal zijn ontworpen met dit materiaal in gedachten, in plaats van wanneer het wordt geroepen om andere materialen in bestaande toepassingen te vervangen.

"Eén ding is zeker:wetenschappers en ingenieurs zullen blijven kijken naar de vooruitzichten van grafeen en, onderweg, er zullen waarschijnlijk nog veel meer ideeën voor nieuwe toepassingen ontstaan."

Zijn co-auteur professor Volodya Falko, van de Universiteit van Lancaster, zei:"Door onze krant, we willen het bewustzijn van ingenieurs vergroten, vernieuwers, en ondernemers op het enorme potentieel van grafeen om de bestaande technologieën te verbeteren en nieuwe producten te genereren.

"Noemen, in sommige landen, inclusief Korea, Polen en de Britse nationale financieringsinstanties voeren al miljoenen door engineering geleide onderzoeksprogramma's uit die gericht zijn op het op grote schaal commercialiseren van grafeen."