Top 5: Sådan kan grafen gøre underværker
Læs her om de fem mest spændende anvendelser af mirakelmaterialet grafen, der kan ændre dit liv.

Grafen-forskere forestiller sig, at en papirtynd og bøjelig skærm bygget med grafen en dag kan komme til at se sådan her ud. (Illustration: Ji Hye Hong)

Er du træt af, at skærmen på din mobiltelefon går i stykker, hvis du taber den? Og ville du ønske, at din computer var superhurtig, papirtynd og endda kunne rulles sammen?

Så skal du være glad for, at grafen ser ud til at kunne revolutionere teknologien omkring dig.

Forskerne er i hvert fald vildt begejstrede og kalder grafen for et nyt mirakelmateriale, selvom det i grunden bare er noget så almindeligt som kulstof.

Og dog. Grafen er noget helt særligt, fordi alle kulstofatomerne sidder side om side i et enkelt lag.

Det gør naturligvis materialet ekstremt tyndt - man kan faktisk se igennem det, men det er stadig meget stærkt, bøjeligt og uigennemtrængeligt for selv de mindste gasser. Samtidig er grafen fremragende til at lede både elektricitet og varme.

Grafen fascinerer forskere

De ekstreme egenskaber har fået alverdens kemikere og fysikere til at fantasere over alle de ting, som man kan bygge med grafen, når man først har lært at fremstille det i store mængder og udnytte materialet fuldt ud.

Forskere fra Sungkyunkwan University i Sydkorea viser i denne video, hvad de forestiller sig, at grafen kan blive brugt til i fremtiden.

To af de begejstrede forskere er lektor Bo Wegge Laursen og adjunkt Kasper Nørgaard fra Kemisk Institut ved Københavns Universitet. De prøver begge at finde ud af, hvordan man kan bruge grafen i elektronik sammen med molekyler.

Her er de fem potentialer ved grafen, som de ser mest frem til:

1: Bøjelige skærme og solceller

De første almindelige produkter, forskerne regner med vil få gavn af grafen, er fladskærme, touch screens, solceller og LED-lamper.

Fælles for dem alle er, at de virker ved at have gennemsigtige elektroder på overfladen, som man dels kan sende lys igennem, og som samtidig har elektrisk kontakt bagud til apparatet.

Lige nu laver man den slags elektroder af indiumtinoxid, men det kan grafen meget vel komme til at afløse inden for få år.

»Grafen er bedre, fordi det næsten er helt gennemsigtigt. Et lag grafen absorberer kun 2,3 procent af lyset, hvor indiumtinoxid typisk er et lidt tykkere lag, så det absorberer 10 til 20 procent af det lys, der kommer ind. I solceller er det jo vigtigt, at så meget af solens lys som muligt kommer ind i selve solcellen, og der bliver en del altså absorberet i indium-laget,« siger Kasper Nørgaard.

Man kan med fordel blande grafen med andre materialer og derved bl.a. bygge lettere og hurtigere flyvemaskiner. (Foto: Axwel)

Bo Wegge Laursen tilføjer, at grafen også har en langt mere flad overflade end indiumtinoxid, og det er en fordel, når man skal lave meget tynde apparater.

»Hvis man skal arbejde med meget små ting, så er indiumtinoxid ligesom Alperne. Det er virkelig ikke særlig jævnt og homogent. Sammenlignet med det er grafen jo som at komme til Holland,« siger Bo Wegge Laursen.

De første prototyper af skærme med grafen er allerede blevet lavet, og timingen er rigtig god.

»Indiumtinoxid er både en dyr og begrænset ressource, så der har altid været et ønske om at finde et andet materiale,« siger Kasper Nørgaard.

Desuden kan grafen bøjes, og det åbner op for bøjelige skærme, brudsikre skærme på mobiltelefoner og effektive, fleksible solceller, der kan sættes på ujævne overflader og på den måde blive bygget ind i bygningers arkitektur, forklarer forskerne.

2: Superplastik og gas-tæt emballage

»Jeg tror også på, at grafen kan blive brugt i kompositmaterialer, hvor man blander grafen op med plastikmaterialer som polymer eller andre fibre og udnytter grafens mekaniske styrke til skabe stærke letvægtsmaterialer,« siger Bo Wegge Laursen.

IBM har bygget en transistor af grafen, der har en frekvens på 100 GHz. Men der er stadig lang vej til, at grafen kan blive brugt til at bygge superhurtige computere. (Illustration: IBM)

Den slags let men stærk ’superplastik’ kan man bygge flyvemaskiner, rumskibe og vindmøllevinger af.

Grafen kan også blandes i andre materialer og gøre det sværere for gasser at trænge igennem alt fra fødevareemballage til brændstoftanke, nævner forskerne.

»En af grundene til, at brint ikke er slået igennem som brændstof, er, at brint er svært at opbevare ved højt tryk. Til det skal man have nogle tanke, som brinten ikke lækker ud af, og det kunne man forestille sig, at man kunne bruge grafen til,« forklarer Kasper Nørgaard.

3: Lynhurtige computere

Grafen kan også være nøglen til, at fremtidens computere kan blive ved med at blive hurtigere og hurtigere.

»På lidt længere sigt er der mange, der har en forventning om, at grafen i nogle sammenhænge vil kunne gå ind og erstatte silicium som en komponent i elektronik med høj ydeevne,« siger Bo Wegge Laursen, og Kasper Nørgaard uddyber:

»Man har lavet en grafen-transistor, der er en ting, der enten tillader strøm at gå igennem eller ikke gå igennem. Hvis man har lavet én, så kan man forestille sig, at man kunne lave to. En moderne computer har måske 10 milliarder transistorer i sin processor, så det er klart, at der er nogle skridt op til det, men i princippet kan grafen blive brugt som transistormateriale.«

Nogle røgalarmer kan mærke, hvis der er røgpartikler i luften. I fremtiden kan sådanne sensorer laves med grafen og opfange selv det mindste gasmolekyle. (Foto: Oleg Alexandrov)

Grafen er en attraktiv mulighed, fordi materialet er så tyndt og godt til at lede både strøm og varme.

»Man vil gerne gøre transistorerne mindre og mindre, for så er afstanden, som elektronen skal bevæge sig, mindre, og så går det hurtigere. Men et af de største problemer, som vi står over for i øjeblikket ved at gøre dem mindre, er, at det er svært at komme af med varmen, og det kunne man forestille sig, at grafen kunne være bedre til,« siger Kasper Nørgaard.

4: Ekstremt følsomme sensorer

De to kemikere tror også, at vi i fremtiden vil blive omgivet af mange flere sensorer, som grafen kan gøre endnu bedre.

»Der vil være sensorer, der måler, hvad temperaturen og luftfugtigheden er, så vinduer kan åbne og lukke automatisk. Sensorerne kan også løbende måle diabetespatienters blodsukker, eller om du har noget i urinen, som du bør gå til lægen med,« siger Bo Wegge Laursen.

Grafen kan bruges i ekstremt følsomme sensorer, hovedsageligt fordi materialet kun består af ét lag atomer, og dermed sidder alle atomerne på overfladen. Det gør, at alle atomernes evne til at lede strøm er meget sårbar over for forstyrrelser udefra, og det kan udnyttes i sensorer.

»Hvis der lander et molekyle på grafen, vil det give en lille ændring i overfladen. Det vil give udslag i den elektriske ledningsevne, og det gør det nemt at måle, om der er noget i luften,« siger Kasper Nørgaard.

Grafens ensartede struktur, der ligner et hønsenet, gør grafen til det perfekte underlag i et elektronmikroskop. (Illustration: AlexanderAlUS)

Ifølge forskerne kan grafens høje sensitivitet måske en dag også bruges til at aflæse DNA-sekvenser, hvilket kan gøre det muligt at bygge apparater, der kan afkode DNA-strenge langt hurtigere, end man kan i dag.

5: Det perfekte underlag

Forskerne kan endda selv bruge grafen som et redskab i deres daglige arbejde.

»Det er en fantastisk platform at observere molekyler på med nogle af de værktøjer, som vi har,« siger Bo Wegge Laursen og fortsætter:

»Lad os sige, at du vil observere et enkelt DNA-molekyle. Så vil du jo gerne have det på en baggrund, der er helt flad, og som du ved, hvordan ser ud.«

»Hvis du ved, at du har et helt rent og fint stykke grafen, og du så leder efter et lille molekyle derpå med et elektronmikroskop eller et instrument, der føler sig frem, så er det svært at forestille sig en bedre overflade til at se et molekyle på, fordi grafens gitterstruktur fremstår ensartet i baggrunden,« siger han.

Grafen i plastre, batterier og meget mere

Rækken af potentialer synes endeløs. Eksempelvis har forskere også idéer om at bruge grafen til at lave skudsikre veste, batterier, internetkabler, optiske computere og endda bakteriedræbende plastre.

Med lidt held i laboratorierne kan det lille mirakelmateriale altså snart blive en stor del af dit liv.

Videnskab.dk Podcast

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