Gennembrud kan erstatte metal med kul i mobilen
Ny teknik giver forskere stor kontrol over produktionen af kulstof-nanorør. Det kan løse problemet med at finde sjældne metaller nok til at lave elektronik i fremtiden.

Forskere har opfundet en teknologi, der skal erstatte sjældne metaller i blandt andet mobiltelefoner med kulstof. (Foto: Colourbox)

Forskere har opfundet en teknologi, der skal erstatte sjældne metaller i blandt andet mobiltelefoner med kulstof. (Foto: Colourbox)

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.

Fakta

En halvleder er et materiale, der kan lede strøm. Halvledere har en ledningsevne, der ligger mellem en leder, som eksempelvis metal, og en isolator, som eksempelvis glas.

»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.

Den indviklede forklaring på teknikken

I teknikken bruger forskerne et katalyserende gitter af fastforankret magnesiumoxid-molekyler med påhæftede koboltatomer. Herefter lukker de kulmonooxid-gas ind i kammeret med gitteret og varmer op til 500 grader celsius. Ved 500 grader celsius går kulmonooxid-gassen i stykker, og kullet danner kulstof-nanorøret i en retning, der bestemmes af orienteringen af det katalyserende gitter. Retningen afgør også, hvordan nanorøret rulles, og da alle molekylerne i det katalyserende gitter er orienteret i samme retning, bliver alle kulstof-nanorørene rullet ens. 

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om astronautens foto af polarlys, som du kan se herunder.