Materialet som ska förändra världen

[caption id=“attachment_7526” align=“alignright” width=“220”] Tunnare än ett pennstreck. Ett pennstreck motsvarar 100 atomlager kol, medan grafen utgör ett enda lager. Professor Jari Kinaret bedriver ledande grafenforskning vid Chalmers.[/caption]

Det superstarka materialet grafen ska ge oss bättre energilagring, böjbara bildskärmar, genomskinliga solceller, nya läkemedel och mycket annat. Ledare för EU:s grafensatsning är svensk-finska fysikprofessorn Jari Kinaret.

Materialet grafen är 200 gånger starkare än stål, styvare än diamant och samtidigt extremt tunt, töjbart och elektriskt ledande. Det är några av skälen till att det speciella kolmaterialet förväntas bidra till utvecklingen av elektronik som är tunnare, lättare, snabbare och dessutom böjbar.

Det kan handla om rullbara bildskärmar, sensorer insydda i kläder och genomskinliga solceller. Dessutom tros grafen kunna ge oss bättre energilagring och nya skräddarsydda läkemedel. Kolstrukturen är även intressant för flygplansindustrin som ständigt är på jakt efter starkare och lättare kompositmaterial.

Helt nya produkter. Just nu satsas enorma summor på forskning och utveckling av materialet: tiotals miljoner euro per år inom EU:s program Flaggskepp för grafen samt Horizon 2020. Målsättningarna är tydliga: forskningen ska resultera i nya grafenbaserade produkter redan om två år i Sverige och inom tio år i EU.

Håller tidsplanerna? Det beror på vilken teknik det handlar om, menar Jari Kinaret, professor i tillämpad fysik på Chalmers tekniska högskola i Göteborg och sedan 2013 ledare för EU:s flaggskeppssatsning Graphene.

”Sportutrustning med grafenkompositer finns redan på marknaden, i exempelvis tennisracketar, slalomskidor och cykelhjul. Näst i tur kommer troligen mer avancerade kompositer som utnyttjar andra egenskaper hos grafen än styrka och låg vikt – såsom termisk och elektrisk ledningsförmåga”, säger Kinaret som kom till Sverige 1995, men är född i finska Österbotten och tog examen vid Uleåborgs universitet innan han flyttade till USA och doktorerade i fysik vid MIT 1992.

Ny elektronik. Många stora elektronikföretag – som Alcatel, Samsung, Ericsson, Nokia och Plastic Logic – studerar möjligheterna med grafen. Inom området optoelektronik (där ljus ersätter el) tror Andrea Ferrari, professor i nanoteknik vid universitetet i Cambridge, att de första genombrotten blir snabbare lasrar, modulatorer och genomskinliga, böjbara fotodetektorer – inom fem till tio år. Men då handlar det främst om utvecklingsframsteg och tillverkning i mindre serier.

Mixas fram. En tillverkningsprocess som hittills ansetts lovande för större produktion är så kallad shear exfoliation, testad av professor Jonathan Coleman vid Trinity College i Dublin. Professorn och hans kollegor blandade grafit och rengöringsmedel i en vanlig köksmixer och körde den på olika hastigheter under olika långa tider. Resultaten visade bland annat att mängden producerad grafen ökar kraftigt med den mixade volymen, vilket lovar gott inför en mer storskalig produktion. Som mest lyckades de framställa 0,15 gram grafen per timme.

Miljörisker. I satsningarna på grafenforskning ingår även att undersöka risker för människor och miljö. I vissa former och blandningar kan grafen behöva hanteras med försiktighet, som nanomaterial. Professor Bengt Fadeel vid Institutet för miljömedicin på Karolinska institutet i Solna leder en forskargrupp som ska studera vilken inverkan grafen kan ha på männis­kors hälsa, exempelvis kroppens immunförsvar.

”Vi har tidigare visat att vita blodkroppar kan bryta ner kolnanorör på enzymatisk väg, och vill nu studera om kroppens immunförsvar även kan bryta ner grafen”, säger Fadeel.

Mångsidig potential. Vi kan vänta oss små mängder av grafen på många olika ställen framöver. Men vad är grafens industriella potential, kan materialet bli en ny storindustri? Svaren från grafensatsningarnas företrädare är tvekande.

”Det kommer inte att handla om en enda, ny storindustri, utan främst om många nya möjligheter i anslutning till redan befintliga verksamheter”, säger Fredrik Hörstedt, vicerektor på Chalmers och vd för Chalmers Industriteknik.

Den tillämpning som ligger allra längst bort är datorer baserade på grafen, menar Jari Kinaret, som även varnar för att skapa en felaktig hype kring materialet. Rubriker som ”Grafen ersätter kisel” eller ”Grafen ersätter stål” avfärdar han som helt orealistiska. Han tillägger att det riktigt stora genombrottet kanske kommer inom något helt oväntat område.

”Vem skulle ha gissat att två av laserns viktigaste användningsområden var att ersätta stålnålen i en grammofon eller möjliggöra bredbandsnätet? Grafens motsvarande tillämpningar kanske blir i membran för gasseparation, i sensorer, bränsleceller eller inom medicinen.” 

Läs hela artikeln i papperstidningen eller på pekplatta!

Marie Granmar  text