Tyndere end et blyantspor

Energieffektiv, højhastighedselektronik på nanoskala og skærme til mobiltelefoner og computere, der er så tynde, at de kan rulles sammen. Bare et par eksempler på, hvad supermaterialet grafen kunne give os. Men er europæisk industri klar til at gøre disse visioner til virkelighed?

Sjældent har en Nobelpris i fysik vakt gadget -nørders fantasi i en sådan grad. Da Andrej Geim og Konstantin Novoselov ved University of Manchester i 2010 blev belønnet for deres grafeneksperimenter, det var bemærkelsesværdigt let at give eksempler på fremtidige applikationer, hovedsageligt i form af forbrugerelektronik med et ydelsesniveau, der indtil nu næsten var utænkeligt.

Det er ikke kun it -sektoren, der vander ved munden ved tanken om grafen. Selv i energien, inden for medicinske og materielle teknologisektorer er der store forhåbninger om at bruge disse spektakulære egenskaber. Måske var tale om en fremtidig kulstofbaseret teknisk revolution ingen overdrivelse.

Selvom grafen ikke har tiltrukket megen opmærksomhed i medierne for nylig, forskningsverdenen har arbejdet febrilsk bag kulisserne. Sidste år, omkring 6, 000 videnskabelige artikler blev offentliggjort verden over, hvor fokus var på grafen. For cirka seks måneder siden, nye forskningsresultater blev offentliggjort, der mere end nogensinde forstærkede ideen om grafen som en potentiel erstatning for silicium i fremtidens elektronik.

"Så sent som sidste efterår var dette stadig et langsigtet mål med tanke på de store udfordringer, der er involveret, "forklarer professor Jari Kinaret, Leder af Nanoscience Area of ​​Advance på Chalmers. "Så dukkede en banebrydende publikation op fra Manchester, der viste, at grafen kunne kombineres med andre lignende todimensionelle materialer i en sandwichstruktur."

"Strømforbruget til en transistor bygget ved hjælp af dette princip ville være kun en milliontedel eller deromkring sammenlignet med tidligere prototyper."

Jari Kinaret leder også Graphene Coordinated Action, et initiativ til at styrke og samle grafenforskning inden for EU.

I tråd med den stigende interesse for grafen i hele verden, EU risikerer at miste terræn - især inden for anvendt forskning.

"Integrering af hele kæden, fra grundforskning til produkt, er noget, vi traditionelt set ikke er særlig dygtige til i Europa sammenlignet med asiaterne eller amerikanerne, "forklarer Jari Kinaret. Han præsenterer en cirkeldiagram på computeren for at illustrere hans pointe.

Den første graf viser, at den hidtidige akademiske forskning i grafen er blevet delt nogenlunde jævnt fordelt mellem USA, Asien og Europa. Imidlertid, cirkeldiagrammet, der viser patentansøgninger fra hver region, ligner påfaldende størrelsesforholdet mellem Jupiter, Saturn og Mars.

"Der er noget galt her, og vi kommer til at ordne det, ”fastslår Jari Kinaret.

Ideen er, at de forskningsgrupper, der i øjeblikket arbejder uafhængigt af hinanden, vil blive forbundet i et netværk og kunne drage fordel af hinandens resultater.

Denne planlagte europæiske samling af styrker, imidlertid, forudsætter mere finansiering, som er i horisonten i form af "videnskabelige flagskibe"-EU-kommissionens udpegning til de højt profilerede forskningsinitiativer med ti års finansiering, der skal lanceres næste år.

Sidste år, Graphene Coordinated Action blev navngivet som et af de seks pilotprojekter med en chance for at blive hævet til flagskibsstatus. Dette ville betyde et budget på omkring 10 mia. SEK i hele perioden.

Bagsiden er, at der kun vil blive lanceret to flagskibe, forlader fire piloter stående.

"Hvis vi er udvalgt, det ville betyde en betydelig stigning i tilskud til europæisk grafenforskning - op til 50 procent mere end i øjeblikket, ”fastslår Jari Kinaret.

"Hvis vi ikke lykkes, så forhåbentlig beholder vi i det mindste vores nuværende økonomiske ramme. "

Jari Kinaret har for nylig forelagt projektets slutrapport for Kommissionen. Han er optimistisk omkring deres chancer.

"En af vores indlysende styrker er niveauet for videnskabelig ekspertise. Nobelprisvindere Geim og Novoselov er medlemmer af vores strategikomité sammen med yderligere to nobelprisvindere. Det er svært at slå."

Udover aspekter, der grænser op til science fiction, der er en meget håndgribelig side ved grafen.

Faktum er, at nu og da producerer de fleste mennesker lidt grafen - uforvarende selvfølgelig. Og nogle spiser endda grafen.

Forbindelsen mellem nanovidenskab og dagligdag er blyblyanten. Fra sit tip, et lag blød grafit overføres til papirets overflade, når vi tegner og skriver. (På samme tid, nogle af os tygger den anden ende, som vi tror).

Hvis vi skulle studere et stærkt forstørret blyantspor, et lag grafit kunne ses, der måske er 100 atomlag tykt. Imidlertid, den ydre kant af sporet bliver tyndere og stadig mere gennemsigtig, og på et tidspunkt bliver laget så tyndt, at det kun omfatter et enkelt lag carbonatomer.

Det er der det er - grafen. Det er også baggrunden for mottoet vedtaget af Graphene Coordinated Action:Fremtiden i et blyantspor.

Med et blyantslag fremtiden for dette planlagte forskningsinitiativ vil blive besluttet i slutningen af ​​dette år, hvor den hemmelige EU -kommissions jury beslutter, hvem af de to piloter der vil dele de milliarder, der er til rådighed for forskning.

OM GRAPHENE

Grafen er en form for grafit, dvs. kulstof, som omfatter et enkelt sammenhængende lag af atomer. Det er supertyndt, superstærk og gennemsigtig. Den kan bøjes og strækkes, og den har en enestående kapacitet til at lede både elektricitet og varme.

Eksistensen af ​​grafen har været kendt længe, ​​selvom det i 2004 lykkedes Geim og Novoselov at producere flager af materiale på en helt ny måde - ved at bryde det væk fra grafitten ved hjælp af almindeligt husholdningsbånd.

I dag produceres grafen også ved hjælp af andre metoder.

Centret for svensk grafenforskning er Chalmers.

SNART PÅ BERØRINGSSKÆRMER OG I MOBILTELEFONER

Vægten i Graphene Coordinated Action er på anvendt forskning. Ultimativt, der er potentiale et eller andet sted i horisonten for at opbygge en europæisk industri omkring grafen og lignende todimensionelle materialer-både som komponenter og færdige produkter. Følgelig, flere store virksomheder er inkluderet i netværket, herunder mobiltelefonproducenten Nokia.

"Da grafen er både gennemsigtigt og ledende, det er naturligvis interessant for brug i fremtidens berøringsskærme og displays. Men grafen kan også bruges i batteriteknologi eller som forstærkning i mobiltelefonen, "siger Claudio Marinelli ved Nokia Research Department i Cambridge, England.

Hos Nokia, der er gennemført forskning i et par år om potentielle applikationer til grafen inden for mobilkommunikation. Claudio Marinelli vurderer, at Nokia senest i 2015 vil bruge grafen i den ene eller anden applikation i sine telefoner.

"Selv når det kommer til identifikation og anden dataoverførsel via skærmen, teknologi baseret på grafen er tænkelig, " han siger.

Længere nede på linjen, han mener, at grafens bøjelighed og fleksibilitet kan blive en del af mobilkommunikation og bruges i produkter, som vi i øjeblikket kan have lidt svært ved at forestille os.

"Vi tror på, at grafenteknologi vil have en stor indvirkning på vores forretningsområde. Derfor var det et oplagt træk for os at være involveret i dette forskningsprojekt."