DELA
© Nya Åland

Forskar i supertunt material

Mikael Fogelström, åländsk professor i Göteborg, leder en grupp svenska forskare som arbetar med grafen – ett supertunt material med otrolig styrka och en uppsjö av potentiella användningsområden.
Gruppen har nu lyckats visa hur man kan framställa grafen på ett mer industrivänligt sätt än tidigare.
Grafen (uttalas grafén) är ett ytterst tunt material, bara en atom tjockt, men samtidigt otroligt starkt och flexibelt. Grafen består av ett enkelt lager kolatomer som ligger ordnade i ett mönster som liknar ett hönsnät.
Materialet togs fram för första gången år 2004 av André Geim och hans forskarkollegor i England. De lyckades framställa grafen genom ta grafit och skala bort lite åt gången med hjälp av tejp tills allt som återstod var ett atomtjockt lager av kol – grafen.
– Efter Geims upptäckt exploderade intresset för grafen. Och det är inte bara bland oss forskare som intresset är stort – elektronikindustrin följer utvecklingen mycket noggrannt och är intresserade av materialets potential, förklarar forskningsprojektets koordinator ålänningen Mikael Fogelström, professor på Chalmers.
Fogelström kommer ursprungligen från Mariehamn. Efter gymnasiet läste han fysik vid Åbo Akademi och doktorerade 1995 i teoretisk fysik. Efter ett år som doktor i Åbo flyttade Fogelström till Evanstone, USA där han forskade om supraledare på Northwestern University i två år.
Därefter blev det två år i Karlsruhe, Tyskland, för ytterligare forskningsarbete och år 2000 kom han till Chalmers i Göteborg där han nu arbetar som professor.


Förångar kisel
I forskningsprojektet som Fogelström leder samarbetar forskare på Chalmers och Linköpings universitet. I projektet ingår tio seniora forskare och ett antal doktorander och doktorer, ungefär 20 personer allt som allt. Genom samarbetet har man lyckats framställa grafen på ett smidigare och mer industrivänligt sätt än tidigare.
– Vi använder inte tejp som Geim och hans team, utan tar kiselkarbid (en blandning av kol och kisel) och förångar kislet genom upphettning varpå vi kan få fram ett tunt grafenlager.
Mikael Fogelström berättar att grafenforskningen är i vad man kan kalla ett grundstadium. Arbetet kretsar mycket kring att bättre förstå materialets egenskaper och därmed se vilka möjliga användningsområden det kan finnas.
– Potentialen för tillämpning av grafen är enorm. Med tanke på energi- och klimatfrågan är ett lovande användningsområde batterier, exempelvis i elbilar. En ny och bättre röntgenteknik är en annan utvecklingsmöjlighet. Det är roligt att se vilket tvärvetenskapligt intresse det finns för materialet. Forskningen vi påbörjat här har redan fått anslag från EU, så det finns även ett politiskt intresse.


Färdas snabbt
En av fördelarna med grafen är att elektroner färdas mycket snabbt i materialet. Detta möjliggör bland annat att grafenbaserade komponenter kan arbeta vid betydligt högre frekvenser än tidigare. Elektronikutvecklingen som helhet skulle kunna nå helt nya höjder med hjälp av grafen, menar Fogelström.
– Elektroniken har nått en gräns där det blir svårt att göra komponenterna mindre och samtidigt öka prestandan och frekvensen. För att ta utvecklingen vidare behöver man gå in på en nanoteknisk nivå och där kommer grafen att spela en betydande roll, säger han.
Men innan grafen återfinns i alla våra datorkomponenter kan det dröja ännu en tid. Fogelström understryker att material- och teknikövergångar alltid är tidskrävande. Att byta ut kislet i dagens elektronik mot grafen kommer att behöva ske genom en gradvis utökad användning av grafen, förklarar han.
Vad är svårast när man jobbar med ett sånt här material?
– I och med att det är så pass små material vi talar om, material som inte är mer än en atom tjockt, så blir precision otroligt viktigt. Ingenting funkar om du inte har förståelsen och verktygen för att vara exakt.


Hett ämne
Fogelström hoppas på att åländska gymnasieungdomar som är intresserade av naturvetenskap ska överväga att ge sig in på nanovetenskapens bana.
– Det är riktigt intressant och ämnet är riktigt hett inom forskningsvärlden just nu. Det är en mycket spännande tid för den här typen av forskning. Som jag nämnde tidigare så skär nanotekniken genom en mängd olika områden – allt från elektronik till kommunikation till medicin. Det handlar mycket om att bryta ny mark, hitta nya vägar och effektivare sätt att lösa problem på. Inte minst vad gäller de energi- och miljöproblem som vi står inför.

AXEL KRONHOLM

redaktion@nyan.ax

Källor: Allt om vetenskap, nr. 9 2009.