En køreplan for grafen

Vidundermateriale grafen kunne ikke kun dominere det elektroniske marked i den nærmeste fremtid, det kan også føre til en lang række nye markeder og nye applikationer, et skelsættende papir fra University of Manchester.

Skriver ind Natur , Nobelprisvinderen Professor Kostya Novoselov og et internationalt forfatterteam har fremstillet et 'Graphene Roadmap', der for første gang fastlægger, hvad verdens tyndeste, stærkeste og mest ledende materiale virkelig kan opnå.

Papiret beskriver, hvordan grafen, isoleret for første gang på University of Manchester af professor Novoselov og kollega professor Andre Geim i 2004, har potentiale til at revolutionere forskellige applikationer fra smartphones og ultrahurtigt bredbånd til lægemidler mod kræft og computerchips.

Et centralt område er berøringsskærmenheder, f.eks. Apples iPad, som anvender indiumtinoxid. Graphens fremragende mekaniske fleksibilitet og kemiske holdbarhed er langt bedre. Grafenens berøringsskærmsenheder ville vise sig langt mere langvarig og ville åbne en måde for fleksible enheder.

Forfatterne vurderer, at de første grafen -berøringsskærmenheder kunne være på markedet inden for tre til fem år, men vil kun realisere sit fulde potentiale i fleksible elektronikapplikationer.

Rulleligt e-papir er en anden applikation, der skulle være tilgængelig som en prototype inden 2015-grafens fleksibilitet viser sig at være ideel til foldbare elektroniske ark, der kan revolutionere elektronik.

Tidsfrister for applikationer varierer meget efter kvaliteten af ​​den krævede grafen, hævder rapporten. For eksempel, forskerne vurderer enheder inklusive fotodetektorer, højhastigheds trådløs kommunikation og THz generatorer (til brug i medicinsk billeddannelse og sikkerhedsudstyr) ville ikke være tilgængelige før mindst 2020, mens kræftbehandling og grafen som erstatning for silicium sandsynligvis ikke bliver en realitet før omkring 2030.

Papiret beskriver også de forskellige måder at producere grafen - processer, der har udviklet sig enormt fra klæbebåndsmetoden, som blev nomineret af nobelpristagerne.

Papiret hævder, at der er tre hovedmetoder til fremstilling af grafen:

• Flydende fase og termisk eksfoliering - eksponering af grafit for et opløsningsmiddel, der deler det i individuelle flager af grafen. Denne metode er ideel til energianvendelser (batterier og superkapacitorer) samt grafenmaling og blæk til produkter som trykt elektronik, smarte vinduer og elektromagnetisk afskærmning. Tilføjelse af ekstra funktionalitet til kompositmaterialer (ekstra styrke, ledningsevne, fugtbarriere) er et andet område, sådan grafen kan anvendes.
• Kemisk dampaflejring - voksende grafenfilm på kobberfolier, til brug i fleksible og gennemsigtige elektronikapplikationer og fotonik, blandt andre.
• Syntese om siliciumcarbid - voksende grafen på enten silicium- eller kulflader af dette materiale, der normalt bruges til elektronik med høj effekt. Dette kan resultere i grafen af ​​meget høj kvalitet med fremragende formede krystaller, perfekt til højfrekvente transistorer.

Professor Novoselov sagde:"Graphene har potentiale til at revolutionere mange aspekter af vores liv samtidigt. Nogle applikationer kan dukke op inden for få år allerede, og nogle kræver stadig mange års hårdt arbejde.

"Forskellige applikationer kræver forskellige grader af grafen, og dem, der bruger den laveste kvalitet, vil være de første, der vises, sandsynligvis så snart som om et par år. Dem, der kræver den højeste kvalitet, kan godt tage årtier.

"Fordi udviklingen i de sidste par år var virkelig eksplosiv, grafens udsigter fortsætter med hurtigt at blive bedre.

"Graphene er en unik krystal i en forstand, at den på egen hånd har overtaget en række overlegne egenskaber:fra mekanisk til elektronisk. Dette tyder på, at dens fulde effekt kun vil blive realiseret i nye applikationer, som er designet specielt med dette materiale i tankerne, snarere end når det kaldes at erstatte andre materialer i eksisterende applikationer.

"En ting er sikkert - forskere og ingeniører vil fortsat undersøge mulighederne for grafen, og langs vejen, mange flere ideer til nye applikationer vil sandsynligvis dukke op. "

Hans medforfatter professor Volodya Falko, fra Lancaster University, sagde:"Ved vores papir, vi sigter mod at øge bevidstheden om ingeniører, innovatører, og iværksættere til grafens enorme potentiale til at forbedre de eksisterende teknologier og til at generere nye produkter.

"At nævne, i nogle lande, herunder Korea, Polen og de britiske nationale finansieringsbureauer driver allerede flere millioner ingeniørledede forskningsprogrammer, der sigter mod kommercialisering af grafen i stor skala. "