Helge Weman, grafén-forsker og professor i nanoteknologi ved NTNU, har jobbet med grafén siden 2010. (Foto: Ole Morten Melgård)
Helge Weman, grafén-forsker og professor i nanoteknologi ved NTNU, har jobbet med grafén siden 2010. (Foto: Ole Morten Melgård)

Grafén – fremtidens superstoff

Bøyelige, uknuselige skjermer. Smarttøy. Rustfrie byggematerialer og datakomponenter som aldri går i stykker. Ekstrem strømledningsevne. Alt dette og mer kan grafén gi oss.

Published   Updated

Helge Weman, grafén-forsker og professor i nanoteknologi ved NTNU, har jobbet med grafén siden 2010. Han er ikke i tvil om at stoffet vil spille en stor rolle i fremtidens ingeniørbransje. NITO Refleks har snakket med ham om mulighetene og utfordringene knyttet til stoffet som ingeniørbransjen har store forventninger til.

Helge Weman, grafén-forsker og professor i nanoteknologi ved NTNU, har jobbet med grafén siden 2010. (Foto: Ole Morten Melgård)

– Hva er egentlig grafén og når ble det oppdaget?

– Det grå, innerste laget i blyanter består av grafitt, som er et mykt, karbonbasert materiale. Oppgjennom tiden har det blitt gjort mye forskning på grafitt, men det var ikke før i 2004 at de russiske forskerne Andre Geim og Kostya Novoselov oppdaget at de ved å møysommelig fjerne lag på lag med grafitt ved hjelp av scotchtape satt igjen med ett enkelt karbonsjikt av grafén til slutt.

– Deretter begynte de å måle på egenskapene til stoffet, og allerede i 2010 mottok forskerparet nobelprisen i fysikk for grafén-oppdagelsen. Da begynte ballen for alvor å rulle og forskergrupper over hele verden startet å se på hvordan de kunne fremstille grafén i stor skala. Samsung var et av de første selskapene som fant ut at de kunne fremstille stoffet på kobberfolie. I dag fins det mange bedrifter hvis eneste oppgave er å fremstille grafén.

Grafén

  • Grafén er et materiale som ligner på grafitt, men ulik grafitt består grafén bare av ett lag karbonatomer ordnet i et sekskantmønster. 
  • Stoffet er det tynneste og sterkeste materialet som noen sinne er laget.
  • Grafén leder elektrisitet bedre enn silisium, som er mye bruk i dag, blant annet i mikrobrikker i datamaskiner.
  • Materialet ble første gang observert i 1962, men ble ikke studert videre da. Grafén ble senere gjenoppdaget av forskerne Andre Geim og Konstantin Novoselov i 2004.

Grafén består av ett lag med karbonatomer som er ordnet i et mønster som ligner hønsenetting.

– Hvilke egenskaper har stoffet?

– I dagens elektronikk brukes silisium. Elektronene i grafén går hundre ganger raskere. Samtidig tåler grafén én million ganger større strøm enn kobber og stoffet er to hundre ganger sterkere enn stål. Grafén slipper også gjennom lys i alle bølgelengder. Det er nok noe av grunnen til at det går for å være stoffenes Usain Bolt akkurat nå.

– Kan du nevne forskjellige bruksområder hvor grafén kan bli nyttig?

– I prinsippet så vil grafén med sine ekstreme egenskaper gjøre elektronikkomponenter mer effektive. I dag er smartklokker relativt store og klumpete, og ved bruk av grafén vil de bli både mindre, sterkere og mer bøyelige. Et annet sentralt bruksområde er integrering av komponenter i tøy, såkalt smarttøy, som kan bli av stor betydning i helsebransjen.

– Grafén vil også kunne brukes i storskala i miljøbransjen, ved fremstilling av lettere og mer bøyelige solceller og ved rensing av vann. Stoffet slipper ikke gjennom noen atomer overhodet, men slipper som grafenoksid gjennom vannmolekyler, som gjør at det kan brukes som vannfilter.

– Hva vil grafén bety for ingeniørbransjen i tiden fremover?

– Jeg tror at ulike typer av grafénfibrer vil bli mye brukt i forsterking og armering av materialer, som for eksempel flymaskiner. Samtidig tror jeg det vil bli mye brukt innen ulike typer av sensorer.

– Er grafén i bruk i sin rene form per i dag?

– Nei, det endelige grafénsjiktet er ikke i bruk per i dag, men man eksfolierer grafitt og bruker det i tennisracketer og sykkeldekk. Selskapet Zap&Go er i gang med å produsere superbatterier som består av en grafittløsning. Disse batteriene kan lade opp nok energi til en smarttelefon på noen minutter.

Jeg har et stort håp om at stoffet kan bidra til et steg i riktig retning innen fornybar energi.

– Hva er det som gjør at grafén ikke er i bruk i sin rendyrkede form i dag? Rettere sagt, hvilke begrensninger har stoffet?

– For å få frem stoffets superegenskaper så må det fremstilles helt uten defekter. Der er det fortsatt mye jobb som gjenstår. Vi må fortsette å forbedre kvaliteten på stoffet som fremstilles og det er der det forskes for fullt både ved universiteter og bedrifter verden over. I og med at grafén fremstilles ved over tusen graders varme, så er det fortsatt dyrt å fremstille. Samtidig fins det ikke noe godt utstyr for etterbehandling av materialet i dag.

– Hvor lang tid tror du det vil ta før fremstillingen av stoffet er såpass optimalisert at vi kan se de første nisjeproduktene på markedet?

– Jeg tror de første nisjeproduktene som bruker grafén sammen med andre materialer er på plass innen fem år, i form av ulike typer sensorer, superbatterier, solceller og ultrafiolette lysdioder som brukes til sterilisering av vann. Jeg har et stort håp om at stoffet kan bidra til et steg i riktig retning innen fornybar energi. Det faktum at EU bevilger én milliard euro for å forske videre på stoffet, viser at det er sterke krefter i samfunnet som har troen på grafén og ønsker å utvikle det videre.