GrafentransistorerGrafen skulle även kunna ersätta kisel som huvudmaterial i elektroniska komponenter och på så vis göra mirakel för framtidens datorer. Till exempel skulle transistorer av grafen både kunna göras mycket mindre, kanske bara några atomer stora, och mer kraftfulla, eftersom grafen transporterar elektricitet 200 gånger snabbare än kisel.
IBM är ett av de elektronikföretag som satsar stort på grafen och de rapporterar bland annat att de lyckats skapa en grafenbaserad integrerad krets. Kretsen, som inkluderar tre grafentransistorer, tillverkades genom att grafenet lades till efter att resten av kretsen färdigställts, för att undvika att utsätta det för tillverkningssteg som skulle kunna skada det.
För att testa kretsen användes den för att framgångsrikt skicka och ta emot ett sms.
- Det här är första gången som någon visat att grafenenheter och grafenkretsar kan utföra moderna trådlösa kommunikationsfunktioner som är jämförbara med kiselbaserad teknik, säger, IBM-forskaren Supratik Guha.
IBM är framförallt intresserade av hur tekniken kan användas inom trådlös kommunikation och i framtiden tror de att mobila enheter tack vare grafen kommer att kunna skicka data med högre hastighet, till lägre kostnad och med lägre energiförbrukning.
Bränsle ur luftenTrots att det är helt ogenomträngligt för alla gaser, inklusive väte, har Andre Geim tillsammans med en internationell forskningsgrupp upptäckt att grafen släpper igenom vätejoner, det vill säga protoner. Upptäckten skulle kunna göra det möjligt att utvinna väte ur luften och använda det som bränsle i utsläppsfria bränsleceller.
Forskarna var först förvånade över hur lätt protoner kunde tränga igenom grafen, men de insåg snabbt vad det skulle kunna betyda för framtidens bränsleceller.
Bränsleceller, som omvandlar syre och väte till vatten och elektricitet, är beroende av membran som endast släpper igenom protoner. Forskarnas upptäckt betyder att man med hjälp av grafen skulle kunna göra dessa membran både tunnare och bättre, vilket skulle göra bränslecellerna mer konkurrenskraftiga.
Den största nyheten är emellertid att forskarna demonstrerat att grafenmembran av det här slaget även kan användas för att utvinna väte ur atmosfären, som innehåller små mängder av den lätta gasen.
- Man har en gas som innehåller väte på ena sidan, lägger på en liten elektrisk ström och samlar rent väte på andra sidan, förklarar Marcelo Lozada-Hidalgo vid University of Manchester.
I kombination med bränsleceller skulle denna metod enligt forskarna kunna resultera i mobila generatorer som producerar elektricitet med hjälp av väte från luften.
MassproduktionTrots sin stora potential måste grafen för att kunna slå igenom på allvar kunna produceras i stora kvantiteter och till ett pris som är jämförbart med de material man vill ersätta. En stor del av grafenforskningen har därför fokuserat på att ta fram nya tillverkningsmetoder.
Även om man i vissa sammanhang fortfarande framställer grafen genom att skala av ett atomlager från grafit med hjälp av tejp har forskarna nu utvecklat förbättrade metoder, som gör det möjligt att tillverka grafen i industriell skala.
Det vanligaste sättet att massproducera grafen är idag att använda en ugn med hög temperatur, där en gas som innehåller kolatomer reagerar med en metallfolie. Vid reaktionen frigörs kolatomer, som deponeras i ett lager på metallfoliens yta.
Med hjälp av en kombination av denna metod och en så kallad roll-to-roll-process har företaget Sony lyckats tillverka upp till 100 meter långa grafenfilmer. Nyckeln är enligt Sony att de endast hettar upp den kopparfolie som grafenet deponeras på.
I Sverige har forskare vid Linköpings universitet tagit fram en metod för att framställa grafen med världsledande kvalitet genom att hetta upp halvledarmaterialet kiselkarbid till en mycket hög temperatur på ett sätt som gör att ett lager av kolatomer, det vill säga grafen, bildas på ytan. Linköpingsforskarnas metoden för grafenproduktion har kommersialiserats av företaget Graphensic AB.
FlaggskeppsprojektÄven Chalmers tekniska högskola i Göteborg ligger långt framme när det gäller grafenforskningen och deras grafencentrum jobbar förutom med grundläggande forskning bland annat med att förverkliga och demonstrera högfrekvenselektronik, som grafenbaserade fälteffekttransistorer som arbetar med en frekvens på långt över 100 gigahertz, och med modellering och optimering av grafenbaserade nanoelektromekaniska sensorer.
Chalmers har också fått i uppgift att leda och koordinera EU:s flaggskeppsprojekt Graphene Flagship. Vid rodret står fysikprofessorn Jari Kinaret, som också är initiativtagare till projektet.
Flaggskeppsprojektet Graphene Flagship, som sjösattes 2013, är EU:s största forskningsinitiativ någonsin, med en budget på en miljard euro. Målet med projektet är att på tio år förflytta grafen från forskningslabboratorierna och ut i var mans hand. På så vis hoppas man generera ekonomisk tillväxt, nya jobb och nya investeringsmöjligheter i Europa och resten av världen.
Graphene Flagships arbete täcker hela kedjan från materialproduktion till tillverkning av komponenter och systemintegration och de genombrott som krävs för att uppnå projektets mål ska åstadkommas genom att föra samman universitet, forskningsinstitut och företag.
