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

Roll-2-roll med grafen: er 40 meter nok?

"Lyder fantastisk med det grafen, det vil vi gerne prøve - hvad koster det per kvadratmeter, forresten?"

Det spørgsmål - eller noget der ligner - er jeg blevet stillet en del gange. Jeg bliver ofte ringet op af virksomheder eller kontaktet af nysgerrige kolleger eller Ing.dk's læsere, der gerne vil vide hvornår grafen kan købes i metermål.

Det er her jeg plejer at trække lidt på det og siger... "æh hvad med 10 kvadratcentimeter?".

Illustration: Peter Bøggild og ACS Materials

I de seneste par år er billedet vendt. Virksomheder som Sixth Element (kinesisk) og Graphenea (spansk) sælger såkaldt CVD-grafen (ultratynde film dyrket på kobber) i metervis og grafen-pulver i kilo- og tonsvis. Prisen er stadig høj, men nu er det også noget der er ved at ændre sig. Der sker nemlig også store fremskridt indenfor produktionsmetoder.

Man kan lave grafen-tyndfilm ved at anbringe et stykke kobber-folie i en reaktor, varme op til 1000 C i en atmosfære der indeholder metan og brint (for eksempel), hvorved metanens kulstofatomer danner grafen på kobber overfladen. Indtil for nylig var det en begrænsning at man kun kan have en begrænset mængde kobber i reaktoren af gangen. En måde at sænke prisen er at bruge større stykker kobber, for eksempel ved at lægge det ind som en spiral. Ved "roll-2-roll" metoden, har man ligefrem kobberet på en rulle, der så langsomt og kontinuerligt kører igennem den varme zone i reaktoren, imens der dannes grafen på metaloverfladen.

Illustration: https://minotlab.physics.oregonstate.edu/file/27

Det går helt af sig selv: kulstofatomers foretrukne (set ud fra et energetisk perspektiv) form er netop grafen, verdens stærkeste og mest stabile materiale (smeltepunkt ca 5000 K!). Selv diamant forvandler sig spontant til grafit mens man venter. Det tager heldigvis ekstremt lang tid, så vær ikke umiddelbart nervøs for diamantsamlingen. Når så rulllen er kølet af, kommer opgaven med at overføre ("transfer") grafenfilmen der kun er 1 atom tyndt, til det sted det skal bruges, og det efterhånden et større problem end selve dyrkningen.

Jeg har lige været på rundtur i Kina og Korea for at give 3 foredrag og for at stikke min lange næse ned i myretuen af grafen-innovation, som på verdensplan er domineret af fire store spillere: Kina, Korea, USA og Europa. Fokus for de massive investeringer i Kina er på kompositmaterialer (stærkere, lettere, og med anti-statisk, anti-korrosion, anti-altmuligt), superkapacitorer, brændelsceller og termisk management (afkøling og opvarmning), hvor Korea satser mere på elektronik. Jeg var i Seoul og se LG Science Park, hvor 17000 forskere (det er mange!) arbejder hver dag i en lille by bestående af 26 højhuse. Deres materialeafdeling viste deres 3 meter høje roll-2-roll grafenreaktor frem, og her sprøjtes der 25 kvadrameter grafen ud i timen. Selv påstår de at kvaliteten af deres grafen er langt højere end noget andet på markedet. Prisen er også derefter: 500 dollars for et A5 stykke, hvilket måske er fint for en forsker, men alt for dyrt for en virksomhed. Kvaliteten er imponerende og der er virkelig tryk på med op til 60 m2 kobber i timen (400 mm bredde). Det er imponerende at se hvor langt de er nået, men en skam at deres prissætning er helt hen i vejret.

Illustration: With permission from LG Electronics

Herhjemme i Europa går især Grafen Flagskibet - EUs store 1 milliard euro projekt - foran med en lang række forskellige produkter hvor billige hyperspektrale photodetektorer er noget af det mest spændende på den helt korte bane. Den første linie-scanner kommer på markedet i 2020, og så er det vist planen med en 2D scanner (en hyperspektral "CCD"). Hvis prisen bliver så lav som jeg håber er det revolutionært - og på sigt kan man forestille sig smartphones og biler med ægte nightvision, eller kameraer der måle friskheden af fødevarer. Det vil jeg skrive mere om en anden gang.

Illustration: Emberion

Billedet viser en hyperspektral photodetektor fra Emberion (https://www.emberion.com/) , der er udviklet indenfor Grafen Flagskibet. Produktet kommer på markedet i 2020. Sensoren kan tage billeder i mørke, analyserer fødevarer og meget andet.

Vi arbejder sammen med det tyske firma AIXTRON, hvis afdeling i Cambridge har udviklet CVD-udstyr (kemisk pådampning) til grafen i mange år. Blandt deres sidste nye modeller er både en reaktor til 300 mm skiver med kassetter (så man kan have en stak igennem) og en roll-2-roll maskine de kalder "Neutron". Aixtron har regnet på det, og siger at deres grafen vil bringe kvadratmeterprisen ned på 100 dollars. Det er 10.000.000.000 gange billigere end det grafen vi købte for 1 euro per mikrometer tilbage i 2008.

Vi har nu fået en 40 meter lang rulle grafen på kobber (se billedet) fra Aixtron Neutron roll-2-roll reaktor - det er vildt! Neutron-maskinen kan producere 20000 m2 om året, og det er jo en del! Vi er nu ved at bygge en maskine der kan overføre de 40 meter grafen til en rulle polymer-folie - i et stykke! Hvis det lykkes har vi et meget, meget langt "grafen-klistermærke", man kan klippe i mindre stykker. Du kan nu overføre grafenen til den overflade du ønsker, uden brug af kemikalier, blot med en lamineringsmaskine fra elgiganten. Bærefolien er vandopløselig, så efter en vask i varmt vand er grafenen overført, og du kan nu arbejde videre med det. Denne simple og snedige metode opfundet af vores postdoc Abhay Shivayogimath her på DTU Fysik, har jeg skrevet om tidligere i Ingeniøren (Sådan flytter man 1 atom tynde "køkkenfilm" med en 1500 kr lamineringsmaskine). Nu arbejder vi hårdt på at tage det store skridt i retning af at gøre det til en produktionsmetode.

Så bliver det spændende at se om vi sammen med studerende og virksomheder kan få rullet den helt store grafen-løber rullet ud. Vi har allerede et par ting "i ovnen".

Rock'n roll!

eller skulle jeg hellere sige: "Rock'n roll-2-roll".

... og god weekend!

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

Det var en spændende blog-post.

Fedt at blive opdateret på et vigtigt område, der samtidig er langt mere fremtid i i Danmark, end så meget andet der bliver diskuteret lystigt i kommentarfelter på ing.dk

  • 9
  • 0

Jamen selv tak - der sker rigtigt meget på feltet nu, og jeg har efter en lidt overtravl tid tænkt at forsyne ingeniørens læsere med flere spændende nyt fra materialeforskningens frontlinie.. :D - tak for opmuntringen!

  • 8
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten