Gennembrud kan erstatte metal med kul i mobilen

Kulstof-nanorør har utvivlsomt en stor fremtid inden for elektronik.

De har potentialet til på et tidspunkt at erstatte en masse mobiltelefon- og computerdele, der i dag bliver lavet af sjældne og svært tilgængelige metaller.

Men før kulstof-nanorørene skaber det store gennembrud, skal forskerne først lære at kontrollere produktionen af dem.

Det har forskere fra blandt andet Danmarks Tekniske Universitet netop opnået i et stort videnskabeligt gennembrud.

»Sammen med vores internationale kolleger har vi udviklet en metode, der gør os i stand til at kontrollere, hvordan de individuelle nanorør ’rulles’ og dermed skabe en ensartet produktion. Det er det første skridt på vejen mod det ultimative mål om at kunne udskifte metaller og halvledere i elektronik med kulstof-baserede komponenter,« fortæller professor Jakob B. Wagner fra DTU, Center for Elektronnanoskopi.

Studiet er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Scientific Reports.

Kul skal erstatte sjældne metaller

Halvledere som indium, arsen og galium er essentielle for at kunne lave mange af de eletroniske kredsløbsdele, der findes inden i din PC eller smartphone i dag.

Desværre hører halvlederne til en række grundstoffer, der er forholdvis sjældne og derfor dyre.

Det betyder, at elektronikindustrien meget gerne vil finde alternativer til de sjældne grundstoffer, inden vi løber tør for dem, eller udvindingen bliver for dyr.

I den sammenhæng er kulstof-nanorør mere end almindeligt interessante.

Kulstof-nanorør kan, afhængigt af den måde de er rullet på, have egenskaber, som både et metal eller en halvleder (se faktaboks). Altså lige de egenskaber, der bruges i elektronik.

»Samtidig er kulstof-nanorør jo lavet af kul, som vi har mere end rigeligt af her på Jorden,« siger Jakob B. Wagner.

Lige rør giver metal-egenskaber

Et kulstof-nanorør er i sin enkelthed et oprullet kulgitter, der er ligner et hønsenet.

Forestil dig et firkantet stykke hønsenet med alle de små sekskanter, der udgør selve nettet. Sådan ser kulgitteret ud.

Kulstof-nanorøret kan så foldes på flere forskellige måder af ’hønsenettet’. Det kan rulles mere eller mindre stramt, så diameteren ændres, og det kan rulles enten ’lige over’ eller med forskellige grader af ’skævhed’ i rulningen.

»Nanorørets egenskaber afhænger af den måde, det er rullet på. Der er mange måder, ’hønsenettet’ kan samles på, og hver samling giver nanorøret en bestemt egenskab,« forklarer Jakob B. Wagner.

Indtil videre har forskere dog ikke været i stand til at producere kulstof-nanorør med en forudbestemt sammenrulning.

Kulstof-nanorørene har det ofte med at blive til i et virvar af forskellige rulninger, der giver forskellige egenskaber.

Kan laves i storskala

Men med den nye teknologi (se detaljer i historien under artiklen) kan forskerne nu kontrollere rulningerne af kulstof-nanorørene, så de alle sammen bliver til kulstof-nanorør med halvleder-egenskaber.

Det er et meget vigtigt skridt i retning af, at kul-nanorør kan blive industrielt attraktive.

»I tidligere produktioner af kulstof-nanorør har man skulle adskille de forskellige kul-nanorør fra hinanden efter produktion. Det er meget dyrt, ressourcekrævende og derfor uattraktivt. Det nye i vores teknik er, at vi kan producere ensartede kulstof-nanorør fra starten af. Desuden kan vi for første gang gøre det i stor skala, hvilket gør det praktisk anvendeligt. Det næste skridt er, at vi skal udvikle tilsvarende metoder til at kunne lave de andre typer kul-nanorør med andre egenskaber,« siger Jakob B. Wagner.

Jakob B. Wagner fortæller desuden, at der allerede eksperimenteres med kulstof-nanorør i elektronikindustrien, men at der nok kommer til at gå 5-10 år, inden det rigtigt vinder indpas.