Grafen er kulstofatomer i ét lag. Hvert kulstofatom binder til tre naboatomer, og atomerne danner tilsammen et gitter af sekskanter, der ligner et hønsenet. Grafens overflade er let bølget, hvilket kan være med til at forklare, at materialet er stabilt, selvom atomerne kun sidder sammen i to dimensioner. (Illustration: Jannik Meyer/Science)

Det var lidt af et tilfælde, da en flage grafen i år 2004 blev undfanget på University of Manchester i England og for første gang fik lov til at leve livet som et frit materiale.

Grafens fædre, de russiske nobelprisvindere Andre Geim og Kostya Novoselov, eksperimenterede en fredag aften med tape og et stykke grafit, som er det mørkegrå materiale i blyanter.

De to fysikere brugte klisterbåndet til at rive flager af grafitten, og da de bagefter pressede tapen mod en skive silicium, opdagede de, at nogle af de flager, der smittede af, bestod af blot et enkelt lag kulstofatomer.

Forskerne havde dermed skabt og isoleret grafen – kulstofatomer i ét lag.

Syv vidunderlige egenskaber

Grafens fødsel vakte opsigt rundt om i verdens laboratorier, og et væld af fysikere og kemikere kastede straks deres kærlighed på de atom-tynde kulstof-flager, som de gav kælenavnet »mirakelmaterialet«.

Den flatterende betegnelse forstår man til fulde, når man ser på, hvad forskerne siden har fundet ud af om det nye materiale.

Grafen er nemlig:

1. Verdens tyndeste materiale. Grafen er blot ét kulstofatom tykt, og en enkelt flage grafen måler 0,34 nm. Det er så tyndt, at man skal lægge 300.000 flager ovenpå hinanden, før det bliver ligeså tykt som et stykke papir, og med bare ét gram grafen kan man dække en hel fodboldbane.
    
2. Gennemsigtigt. Grafen er så tyndt, at kun 2,3 procent af lyset absorberes i grafen. Derfor kan man se lige igennem materialet.
    
3. Uigennemtrængeligt for gasser. Selv de mindste gasmolekyler kan ikke trænge igennem grafens fintmaskede gitter af kulstofatomer.
    
4. Super stærkt i forhold til sin tykkelse - faktisk 200 gange stærkere end stål. Hvis man bygger en hængekøje af et én kvadratmeter stort stykke grafen, kan den bære en fire kg tung kat – vel at mærke selvom selve hængekøjen vejer mindre end et af kattens knurhår.
    
5. En enormt god elektrisk leder. Grafens todimensionelle struktur gør, at elektronerne bevæger sig så let mellem kulstofatomerne, at grafen leder elektricitet bedre end kobber.
    
6. En fremragende varmeleder. Grafen er ti gange bedre til at sende varme videre end kobber.
    
7. Fleksibelt. Grafen kan foldes, strækkes og bøjes uden at gå i stykker.
    

Det vilde materiale skal tæmmes

Da kulstof er det fjerde hyppigst forekommende grundstof i universet, er der ingen risiko for at løbe tør for råmateriale at lave grafen ud af. 

Lige nu bøvler forskerne dog med at skabe perfekt grafen i tilpas store stykker. Det er også afgørende, at der bliver opfundet gode metoder til at formgive og modificere grafen - herunder at tæmme den høje ledningsevne, så grafen kan blive en del af fremtidens elektronik.

Hvis det lykkes forskerne, er det næsten kun fantasien, der sætter grænser for, hvad mirakelmaterialet kan blive brugt til.