Mikä on grafeeni?

On vain vähän materiaaleja, joita mainostetaan supermateriaaleina, joten sellaisen tunnistamiseksi tarvitset joitain melko merkittäviä ominaisuuksia. Grafeeni on suhteellisen hiljattain löydetty materiaali, jossa on useita mielenkiintoisia ominaisuuksia, kuten sen vahvuus ja kevyt. Tiedemiehet ja tutkijat työskentelevät ahkerasti, tutkien uusia tekniikoita grafeenin valmistamiseksi ja mahdollisia käyttötarkoituksia sille.

Grafeeni on ihmisen valmistama allotrooppi tai hiilen muoto. Se koostuu kuusikulmaisesta rakenteesta kuten grafiitissa, mutta se on vain yhden atomin paksuinen levy, mikä tekee siitä erittäin kevyen. Teknisesti monikerroksisia levyjä kutsutaan edelleen grafeeniksi noin 30 kerrokseen asti, jonka jälkeen sitä kutsutaan grafiitiksi.

Grafeenin käyttämässä kuusikulmaisessa rakenteessa kolme sen neljästä käytettävissä olevasta elektronista muodostaa vahvoja sigmasidoksia kolmen muun hiiliatomin kanssa. Lopullinen käytettävissä oleva elektroni voi kulkea vapaasti koko grafeenilevyn yli. Vapaa elektroni hiiliatomia kohti tekee grafeenista sähköä johtavan, ja tutkimukset ovat osoittaneet, että se voi olla johtavampaa kuin kupari. Kolmen vahvan sidoksen ansiosta grafeeni on niin vaikea murtaa, että jos tekisit vastaavan paksuisen teräslevyn, grafeeni olisi 100 kertaa vahvempi kuin vahvin teräs.

Vain 2,3 % optisesta valosta absorboituu, jolloin grafeeni näyttää lähes läpinäkyvältä, mikä johtuu pääasiassa siitä, että se on vain yhden atomin paksuinen.

Grafeenin yhdistetty lujuus, paino ja läpinäkyvyys ilmeni Nobel-palkinnossa, jonka kahdelle uraauurtavalle tutkijalle myönnettiin vuonna 2010. Yhden neliömetrin grafeenilevy kestäisi riippumatoksi muokattuna 4 kg painavan kissan. samalla kun se on lähes täysin läpinäkyvä ja painaa vain yhtä paljon kuin yksi kissan viiksista 0,77 milligrammaa.

Grafeenin tutkimusta tehdään monilla eri aloilla, kuten lääketieteessä, elektroniikassa ja ympäristössä. Yksi kaupallisten sovellusten tärkeimmistä rajoittavista tekijöistä on historiallisesti ollut kustannukset. Sen luomisesta kuluneen vuosikymmenen aikana grafeenin valmistuskustannukset ovat kuitenkin laskeneet merkittävästi, mikä tarkoittaa, että kaupallisia sovelluksia alkaa ilmestyä.

Yksi tärkeimmistä toimialoista, joilla kuluttajat näkevät jonain päivänä grafeenin vaikuttavan, ovat akut. Tutkimukset ovat osoittaneet, että grafeeni pystyy varastoimaan suuria määriä tehoa pienempiin ja kevyempiin pakkauksiin kuin nykyiset litiumakut, jotka saattavat pystyä latautumaan muutamassa minuutissa tuntien sijaan. Grafeeniakut ovat todennäköisesti myös joustavia, jolloin ne voidaan helposti rullata tai muotoilla eri muotoihin.