Twintig jaar geleden kondigden wetenschappers aan dat ze een nieuw wondermateriaal hadden gecreëerd dat ons leven zou veranderen. Ze noemden het grafeen.
Het bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die in een zeshoekig patroon zijn gerangschikt. Het is een van de sterkste materialen ooit gemaakt en, voor de goede orde, een betere geleider van elektriciteit en warmte dan koper.
De vooruitzichten voor een revolutie in de technologie leken eindeloos en er werd een nieuwe generatie ultrasnelle processors en computers voorspeld. Volgens rapporten kunnen batterijen hierdoor vijf keer sneller worden opgeladen en kan beton 35% sterker worden.
Het werd zelfs ter sprake gebracht als oplossing voor kuilen; Meng het gewoon met traditioneel bekledingsmateriaal en de vloek van het moderne autorijden zou worden uitgeroeid, zo beweerde het.
De wetenschappers van de Universiteit van Manchester die het ontdekten, Andre Geim en Konstantin Novoselov, wonnen in 2010 de Nobelprijs voor de natuurkunde en aan de universiteit werd het National Graphene Institute opgericht.
Maar de hype rond dit wonderbaarlijke materiaal is aanzienlijk geluwd. Grafeen moet de elektronica nog revolutioneren; de gaten zijn nog steeds bij ons.
Dus wat is er gebeurd met de grafeenrevolutie? Waarom heeft het onze wereld niet getransformeerd? Sir Colin Humphreys, hoogleraar materiaalkunde aan de Queen Mary University in Londen, heeft een duidelijk antwoord: “Grafeen is nog steeds een veelbelovend materiaal. Het probleem was het verhogen van de productie. Daarom had het niet de verwachte impact.”
Grafeen werd oorspronkelijk op een nogal ongebruikelijke manier gemaakt, legt Humphreys uit. Geim en Novoselov creëerden het door plakband op brokken grafiet te plakken en de lagen los te trekken totdat ze een laag hadden ter dikte van atomen.
“Maar het zou maar een klein vlokje zijn, met een diameter van een paar millimeter”, voegde hij eraan toe. ‘Van zulke restjes kun je geen elektronische apparaten maken. Voor functionele apparaten moet u minimaal 15 cm materiaaltegels hebben. Dus IBM, Samsung en Intel hebben samen miljarden uitgegeven aan het opschalen van de productie van grafeen om het in bruikbare vormen en hoeveelheden te produceren – met weinig succes.”
Als gevolg hiervan is de grafeenrevolutie opgeschort, hoewel er de laatste tijd bemoedigende tekenen zijn dat de technologie binnenkort veel van zijn oorspronkelijke belofte terugkrijgt.
Humphreys gelooft dat de markt binnenkort opnieuw kan worden opgestart dankzij doorbraken in de productie van op grafeen gebaseerde apparaten. Een belangrijke ontwikkeling in deze faciliteit werd gedaan door Humphreys en zijn collega’s, die zich realiseerden dat de technologie die wordt gebruikt om elektronische componenten uit galliumnitride te maken, kan worden gebruikt om op grote schaal grafeen te produceren.
na het promoten van de nieuwsbrief
“We hebben een deel van het eerste grafeen dat we op deze manier produceerden gebruikt om een sensor te maken die magnetische velden kan detecteren”, zegt Humphreys, die sindsdien met zijn team Paragraph heeft opgericht.
Het is gevestigd in het dorp Somersham in Cambridgeshire en is nu een van de eerste bedrijven ter wereld die op grafeen gebaseerde apparaten in massa produceert. Twee reactoren – in de vorm van pizzaovens – produceren nu genoeg grafeen om 150.000 apparaten per dag te produceren.
Paragraph gebruikt ze op twee manieren: ten eerste om sensoren te maken die magnetische velden meten. Ze kunnen worden gebruikt om defecte batterijen in e-bikes en e-scooters te detecteren en zo brand te voorkomen.
Een ander type sensor kan onderscheid maken tussen bacteriële en virale infecties, wat aangeeft of antibiotica een geschikte behandeling zou zijn. “We geloven ook dat we onze biosensoren kunnen gebruiken om binnen enkele minuten te detecteren of iemand sepsis heeft of niet”, zei Humphreys.
Het feit dat apparaten met grafeen waarschijnlijk minder energie zullen verbruiken dan huidige apparaten is ook belangrijk, voegde hij eraan toe.
“Het siliciumtijdperk loopt ten einde. We hebben de limiet bereikt van het aantal transistors dat we op één chip kunnen proppen, terwijl de energie die ze verbruiken elke drie jaar verdubbelt.
“En dat betekent dat als er niets gebeurt, en we doorgaan zoals we doen, siliciumapparaten de hele elektriciteitsproductie in de wereld zullen verbruiken – een enorme bedreiging voor onze nulambities.”
“Grafeentechnologie is misschien later gearriveerd dan we oorspronkelijk hadden gehoopt, maar het heeft het potentieel om deze problemen te omzeilen en een echt verschil te maken in het moderne leven.”
Hypered-wetenschap die er niet in slaagde het cijfer te halen
-
Kernenergie “Onze kinderen zullen thuis genieten van elektriciteit die te goedkoop is om te meten” – Lewis Strauss, destijds voorzitter van de United States Atomic Energy Commission in 1954.
-
Sinclair C5 “Dit is de toekomst van transport” – promotiemateriaal voor de Sinclair C5 elektrische scooter/auto uit 1985. In het eerste jaar werd een omzet van 100.000 verwacht, maar er werden er slechts 5.000 verkocht. Het project werd verlaten.
-
Medische vooruitgang “Het is tijd om het boek over infectieziekten te sluiten en de oorlog tegen de pest als gewonnen te verklaren” – toegeschreven aan Dr. William H Stewart, US Surgeon General 1965-1969.