Hvis du har været i nærheden af et videnskabeligt tidsskrift i løbet af det sidste årti eller deromkring, vil du være stødt på en form for superlativ om grafen - det todimensionelle vidundermateriale, der lover at transformere alt fra computer til biomedicin.
Der er en masse hype om grafens applikationer, takket være en håndfuld bemærkelsesværdige egenskaber. Det er 1 million gange tyndere end et menneskehår, men 200 gange stærkere end stål. Det er fleksibelt, men kan fungere som en perfekt barriere og er en fremragende leder af elektricitet. Sæt alt dette sammen, og du har et materiale med en lang række potentielt revolutionerende anvendelser.
Hvad er grafen?
Grafen er kulstof, men i et 1-atom tykt bikagegitter. Hvis du rækker tilbage til dine gamle kemitimer, vil du huske, at materialer, der udelukkende består af kulstof, kan have drastisk forskellige egenskaber, afhængigt af hvordan dets atomer er arrangeret (forskellige allotroper). Grafitten i din blyantholder er for eksempel blød og mørk sammenlignet med den hårde og gennemsigtige diamant i din forlovelsesring. Menneskeskabte kulstofstrukturer er ikke anderledes; den kugleformede Buckminsterfulleren virker anderledes end de oprullede arrangementer af kulstofnanorør.
Grafen er lavet af et ark af kulstofatomer i et sekskantet gitter. Af ovenstående er det i form nærmest grafit, men mens dette materiale er lavet af todimensionelle plader af kulstof, der holdes lag på lag af svage intermolekylære bindinger, er grafen kun et ark tykt. Hvis du var i stand til at skrælle et enkelt et-atom-højt lag kulstof fra grafit, ville du have grafen.
De svage intermolekylære bindinger i grafit får det til at virke blødt og flaget, men selve kulstofbindingerne er robuste. Det betyder, at en plade, der udelukkende består af disse kulstofbindinger, er stærk - omkring 200 gange mere end det stærkeste stål, samtidig med at den er fleksibel og gennemsigtig.
Grafen har været teoretiseret i lang tid, og ved et uheld produceret i små mængder, så længe folk har brugt grafitblyanter. Dens vigtigste isolation og opdagelse er imidlertid knyttet til arbejdet af Andre Geim og Konstantin Novoselov i 2014 ved University of Manchester. De to videnskabsmænd afholdt efter sigende "fredag aften-eksperimenter", hvor de ville teste ideer uden for deres daglige job. Under en af disse sessioner brugte forskerne scotch tape til at fjerne tynde lag kulstof fra en klump grafit. Dette banebrydende stykke forskning førte til sidst til den kommercielle produktion af grafen.
Efter at de vandt Nobelprisen i fysik i 2010, donerede Geim og Novoselov båndautomaten til Nobelmuseet.
Hvad kan grafen bruges til?
En vigtig ting at bemærke er, at forskere udvikler alle mulige materialer baseret på grafen. Dette betyder, at det nok er bedre at tænke på "grafener", på samme måde som vi ville tænke på plastik. Grundlæggende har fremkomsten af grafen mulighed for at føre til en helt ny kategori af materiale, ikke kun et nyt materiale.
Se relateret Hvad er turbulens? Optrævlingen af et af fysikkens million-dollar spørgsmål 'Diamantregn' fundet på Uranus er blevet genskabt på Jorden - og det kan hjælpe med at løse vores voksende energikrise. Kvantecomputere bliver myndigeAnvendelsesmæssigt forskes der inden for så vidtspændende områder som biomedicin og elektronik til plantebeskyttelse og fødevareemballage. At være i stand til at modificere overfladeegenskaberne af grafen, for eksempel, kunne gøre det til et fremragende materiale til medicinafgivelse, mens materialets ledningsevne og fleksibilitet kunne indvarsle en ny generation af berøringsskærmkredsløb eller foldbare bærbare enheder.
Det faktum, at grafen er i stand til at danne en perfekt barriere for væsker og gasser, betyder, at det også kan bruges sammen med andre materialer til at filtrere et vilkårligt antal forbindelser og grundstoffer – inklusive helium, som er en usædvanlig svær gas at blokere. Dette har en række anvendelser, når det kommer til industrien, men kan også vise sig at være meget nyttigt til miljømæssige behov omkring vandfiltrering.
De multifunktionelle egenskaber af grafen åbner dørene til en enorm mængde af sammensatte anvendelser. Mens der er gået mange tanker ind i, hvordan det kan booste allerede eksisterende teknologier, vil løbende fremskridt på området i sidste ende føre til helt nye områder, som tidligere ville have været umulige. Kunne vi se en helt ny klasse af rumfartsteknik dukke op? Hvad med augmented reality optiske implantater? Set ud fra det, er det 21. århundrede, når vi finder ud af det.