Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
supermaterialer bloghoved

Grafen i en nøddeskal

Det todimensionale supermateriale grafen har forlængst sprunget ud af skabet og ind i markedet, og det kan være svært at orientere sig med de mange forskellige typer, egenskaber, anvendelser og produkter, hvor langt de er kommet, og hvor lang tid der går før de bliver til noget. Min ven og blog-kollega Michael Berger, der nu i mange år har styret NANOWERK (kan anbefales), har lavet en infographic der klarer det umulige - at give et nogenlunde dækkende og samtidigt forståeligt billede af hvad grafen er, hvad det kan, og hvad kan bruges til. Enjoy!

Som et særligt Ugens Tilbud svarer jeg efter bedste evne på alle dine spørgsmål hvis der er noget der ikke er klart! Bare skriv nedenfor :)

Illustration: Michael Berger
Peter Bøggild er professor i nanoteknologi på DTU. På bloggen Supermaterialer skriver han om stort, småt og tusind gange mindre.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hej Peter
Der er ingen tvivl om grafens store potentiale i betragtning af materialets unikke egenskaber. Og der er jo også flydt meget store forskningsmidler i den retning i de sidste 10-15 år, hvilket har resulteret i et ekstremt højt antal publikationer og patenter.

Det er dog stadigvæk lidt uklart for mig, på hvilke områder materialet rent faktisk er blevet implementeret i produkter. Kunne du eventuelt high lighte hvad de største kommercielle produkter på markedet er, som er baseret på grafenteknologi?

  • 6
  • 0

Hej Steen.
Jeg har faktisk gået og tænk på at lave en større artikel som update på det her, men det har jeg ikke rigtigt haft tid til endnu :)

Du har ret i at der er flydt mange forskningsmidler i den retning - ikke så meget her i landet, men især i Korea, Kina, USA og til dels Europa er der investeret i forskning. Man kan tale om TRL, technology readiness level, som er en skala NASA har opfundet for at kunne danne overblik over hvor langt teknologier og materialer under udvikling er kommet fra den oprindelige ide (1) , til det bliver brugt i missioner (9).

  • 2
  • 0

Der er grundlæggende to typer grafen, og TRL for de to er forskellig.

1) Partikel / bulk grafen. Dette laves enten ved at pulverisere grafit på en måde så de små flager mikropartiklerne består af går fra hinanden, og bliver til ca 1-10 lag tykke flager, der kan være op til 100 mikrometer i størrelse (men typisk mindre).
Status: der er mange hundrede firmaer der sælger "bulk" grafen, men der blev for nyligt stillet spørgsmål tegn ved om kvaliteten for mange af disse firmaer. Jeg skrev denne perspektiv artikel til Nature (War on fake graphene).
Anvendelser: i den høje ende af TRL skalaen har vi sådan noget som ledene blæk til at printe elektronik (Vorbeck), og nye typer gummi, hvor grafen-additivet tilfører større stivhed og slidstyrke til sportsartikler (https://www.inov-8.com/eu/graphene-launch-...). Airbus og andre store selskaber (f.eks. BASF) eksperimenterer med at lave plastik der er stærkt og let nok til at udkonkurrere aluminium. En anden anvendelse der allerede er på markedet, som jeg tror bliver vigtig er coatings - man kan ændre coatings så de bliver stærkere, antistatiske (vigtigere end fleste tror), og beskytter mod korrosion. Maling og coatings (https://www.youtube.com/watch?v=KACa89qK72Q). Grafen pulver bliver allerede brugt i batterier, såvidt jeg kan se- men det er svært at vurdere om producenter der siger de bruger grafen, rent faktisk gør det. Uanset hvad ser det ganske lovende ud - man kan møde en af dem der ved mest om det i Europa på et møde vi organiserer i August, nemlig Carbonhagen (http://www.carbonhagen.com/abstracts-1/inv...). For Grafen-pulver produkter er det lidt svært, fordi størstedelen af investeringerne og produkterne er kinesiske, og typisk ikke rigtigt gider at reklamere/markedsføre i Vesten. Kina er altdominerende indenfor investeringer i superkapacitorer, kompositter, coatings og batterier baseret på grafen. Mit bedste gæt er at der er en hel del grafen-pulver produkter (kompositter, coating og maling) på markedet i Kina, som ikke engang deklarerer grafen-indholdet.
Alt i alt er det klart "grafen-pulver" eller bulk-grafen der repræsenterer de lavthængende frugter. Råmaterialet graves ud af miner i millioner af tons, og hænger fint sammen med pres for at udvikle lettere, stærke materialer og energi teknologi.

  • 4
  • 0

2) Film grafen. Dette laves næsten uden undtagelse altid ved at dekomponere kul-forbindelser (som f.eks. metan) ved høje temperaturer, og lade kulstofatomerne kondensere på en kobber overflade. Dette sker ved en temperatur tæt på kobberet smeltepunkt (som er 1050 C). Derved dannes et monolag af grafen på kobberet, som man så kan overføre til en plastik film eller en silicium skive - alt efter hvad man har tænkt sig at bruge det til. Status: siden 2009 hvor processen blev opdaget, er det stille og roligt blevet mainstream at producere, så idag kan verdens (mig bekendt) største producent levere op til 10000 A4 ark størrelse grafen stykker om dagen. Flere firmaer har nu lavet kommercielle "roll-2-roll" maskiner, der kan spytte hundrevis af meter grafen ud på ruller. Der er stadig udfordringer i at få stabiliseret teknologien så man undgår fejl og krøller i de atomtynde film.
3)
Anvendelser: mig bekendt eksisterer der mindst 2 kinesiske telefon modeller der anvender grafen - den ene (Huawei Mate 20 X) bruger grafen til køling af en high-performance processor, og den anden (Galapad Settler) er produceret fra 2015, og skulle være lavet i al fald i 30000 eksemplarer. Huawei er jeg rimelig sikker på er god nok; Galapad'en ville jeg gerne selv gerne checke (men har aldrig fået bestilt en).
Det er måske heller ikke såååå interessant. Mobiltelefoner fungerer jo fint uden grafen, og jeg tror ikke at det vi har set endnu er særligt banebrydende. Der er også et "smart" health ur (https://www.graphene-info.com/gf1-new-smar...) men igen, det har en grafen touchskærm, og er bemærkelsesværdigt billigt (35 pund). Efter min mening bliver tyndfilms grafen brugt på markedet i en række produkter, men ikke noget der rykker. Det er småforbedringer. DERIMOD bliver det spændende når næste generation grafen baserede teknologier kommer ud på hylderne. F.eks. er vores partnere i ICFO (Barcelona) ved at kommercialisere en CCD billedsensor der kan måle fra UV til IR... dette kan bruges til fødevarekontrol, nattekameraer, kemisk analyse (med telefon) og alt muligt. IR sensorer er tunge, dyre og dårlige - så hvis grafen kan komme med et bud på en CMOS baseret infrarød CCD f.eks. til din smartphone vil det være en kæmpe blockbuster. Check videoen her: https://www.youtube.com/watch?v=2s7Gz4rnrHo.... som sagt - det er et langt svar, men der er meget meget mere at sige. Jeg vil finde tid til at samle sammen :)

Konklusion: grafen produkter er på markedet, men ikke endnu i særligt opsigtsvækkende eller banebrydende anvendelser. Til gengæld er de demoer og prototyper der er på vej i produktion mere spændende.

  • 4
  • 0

Jeg tror at der kommer til at gå et tiår før vi har den "rigtige" slags grafen teknologi - dvs teknologier der PÅ GRUND af grafen virker markant bedre, eller er markant billigere, eller giver noget helt nyt funktionalitet, som ikke eksisterer idag... som fx broadband CCD sensoren. De første kommer måske på markedet om 2-4 år, men der kommer til at gå længere før de er "overalt"... og måske meget længere tid hvis vi taber sutten nu.

  • 4
  • 0

Når grafen har en trækstyrke på 42 N/m, hvor lang en wire, af eget materiale, vil det så kun bære, under 1 G?

  • 1
  • 0

Hej Peter

Tak for det dybdegående svar! Jeg havde også selv en fornemmelse af at et 2D materiale som grafen, må være svært at håndtere i en produktionssammenhæng, hvor store mængder af høj kvalitet skal fremstilles og forarbejdes. Det bliver interessant at følge udviklingen.

Med venlig hilsen
Steen

  • 1
  • 0

Der findes et alternativt koncept for en rumelevator, som er teknisk muligt allerede nu.
I hvert fald ud fra et materialeteknisk perspektiv.

"Man" konstruerer en ring i lavt kredsløb rundt om Jorden, over ækvator.
På denne ring bygges en struktur som "kører" på ringen, på samme måde som et maglevtog.
Hele denne struktur bringes til en hastighed, så den befinder sig som en geostationær ring rundt om hele Jorden.
Herfra vil flere rumelevatorer, på "kun" få hundrede kilometer, kunne etableres.

Taget i betragtning hvor enorme mængder materiale projektet vil kræve, er eneste realistiske mulighed sandsynligvis asteroid mining. . . .

  • 0
  • 0