science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Microscopische grafeenvlokken geïsoleerd in 2010 - nu zoekt wereldwijd onderzoek naar praktische toepassingen

Credit:Universiteit Hasselt

Andre Konstantin Geim is de enige persoon die ooit zowel een Nobelprijs als een Ig Nobel heeft gekregen. Hij werd geboren in 1958 in Rusland, en is een Nederlands-Britse natuurkundige met Duitse, Pools, Joodse en Oekraïense roots. "Gewoond en gewerkt hebbend in verschillende Europese landen, Ik beschouw mezelf als Europeaan. Ik geloof niet dat een verdere taxonomie nodig is, " zegt hij. Hij is nu hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Manchester. Hij is ook als bijzonder hoogleraar verbonden aan de Radboud Universiteit Nijmegen in innovatieve materialen en nanowetenschappen.

Hij deelde in 2010 de Nobelprijs met Konstantin Novoselov voor hun werk aan grafeen. Het was na hun isolatie van onder de microscoop zichtbare grafeemvlokken dat het wereldwijde onderzoek naar praktische toepassingen van grafeen van de grond kwam. "We hebben grafeen niet uitgevonden, "Geim zegt, "we hebben alleen gezien wat vijfhonderd jaar onder onze neus lag."

Vaak wordt gedacht dat Geim en Novoselov erin zijn geslaagd grafeen van grafiet te scheiden door het met gewone ducttape af te pellen totdat er alleen nog maar een laag overblijft. Grafeen kon dan met een microscoop worden waargenomen, vanwege de gedeeltelijke transparantie van het materiaal. Dat is, na het oplossen van het ducttape-materiaal in aceton, natuurlijk. Dat is ook het verhaal dat Geim zelf graag vertelt.

Echter, hij gebruikte geen grafiet uit een gewoon potlood, zoals de stadsmythe luidt. In plaats daarvan, hij gebruikte een koolstofmonster van extreme zuiverheid, speciaal geïmporteerd. Hij gebruikte ook ultrasone technieken. Maar, waarschijnlijk zal de stedelijke legende overleven, net als het bad van Archimedes en de appel van Newton. "Het is leuk om wat van de magie te behouden, " is de uitdrukking die Geim vaak gebruikt wanneer hij niet wil dat een mooi verhaal verdrinkt in harde feiten of wanneer hij discreet wil blijven over toch onvolledig, maar veelbelovende onderzoeksresultaten.

Door zijn chemische structuur, grafeen is een uitstekende geleider:koolstof heeft een valentie van vier, maar in de grafeenstructuur zijn slechts drie elektronen gebonden, de vierde is gratis. Potentiële praktische toepassingen op korte tot middellange termijn variëren van nieuwe generatie zonnecellen tot biosensoren en nieuwe generatie computerchips, onbreekbare ruimtevaartuigen en vedergewicht kogelvrije jassen.

Geim verwacht dat praktische toepassingen van deze materialen snel zullen verschijnen nadat de onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd. "Vroeger, het duurde veertig jaar voordat nieuwe ontdekkingen leidden tot consumptiemarktproducten. Voor grafeentoepassingen, slechts tien jaar verstreken."

Geim kijkt al in een verre toekomst. Hij denkt dat waarschijnlijk er zijn veel meer materialen, dat in structuren met slechts één laag atomen verrassende eigenschappen hebben. "Ik geloof niet dat dit alleen het geval is voor koolstofvariëteiten, maar ook voor andere elementen van het periodiek systeem en zelfs voor complexe moleculen. Ik stel voor dat we nog eens naar mica kijken, " vertelt Geim aan youris.com. Zijn meer recente onderzoek betreft op grafeen gebaseerde membranen. hij is er niet meer van overtuigd dat grafeenmembranen de prestaties van bestaande membranen bij bijvoorbeeld ontzilting van water ver overtreffen. Echter, hij wil uitzoeken waardoor dat water grafeenmembranen kan passeren, terwijl het voor andere vloeistoffen onmogelijk is.

Geim onderstreept het belang van 'out of the box' denken en 'trial and error' experimenten. Deze benadering is niet alleen een verwijzing naar zijn mechanische grafeenpeeling, maar ook aan zijn Ig Nobel-werk. De Ig Nobelprijzen worden uitgereikt voor ongebruikelijke of triviale wetenschappelijke onderzoeksresultaten die mensen aan het lachen maken, voordat ze hen aan het denken zetten. Geim won deze prijs samen met Mike Berry, voor de levitatie van een kleine kikker in een sterk magnetisch veld. "Eerst gebruikten we een hamster. Nadat we zagen dat de hamster het niet leuk vond, we namen een kikker." Of de kikker het experiment leuk vond, Geim weet het niet. De hamster, genaamd H.A.M.S. ter Tisja, werd beloond met een co-auteurschap van het onderzoekspaper. De kikker blijft nog steeds anoniem.