De laatste jaren is er veel aandacht geweest voor het supermateriaal grafeen. Maar wat is grafeen eigenlijk? Stel je een stof voor die 200 keer sterker is dan staal, maar 1000 keer lichter dan papier.
In 2004 experimenteerden twee wetenschappers van de Universiteit van Manchester, Andrei Geim en Konstantin Novoselov, met grafiet. Jawel, hetzelfde materiaal dat je op de punt van een potlood vindt. Ze waren nieuwsgierig naar het materiaal en wilden weten of het in één laag verwijderd kon worden. Ze vonden daarvoor een ongebruikelijk hulpmiddel: plakband.
"Je legt [de tape] over grafiet of mica en pelt dan de bovenste laag eraf," legde Heim uit aan de BBC. Grafietvlokken vliegen van de tape af. Vervolgens vouw je de tape dubbel en plak je hem vast aan het bovenste vel, waarna je ze weer van elkaar scheidt. Dit proces herhaal je 10 tot 20 keer.
“Elke keer breken de vlokken af tot steeds dunnere vlokken. Uiteindelijk blijven er heel dunne vlokken op de band achter. Je lost de tape op en alles lost op.”
Verrassend genoeg werkte de tape-methode uitstekend. Dit interessante experiment leidde tot de ontdekking van enkellaagse grafeenvlokken.
In 2010 ontvingen Heim en Novoselov de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor hun ontdekking van grafeen, een materiaal dat bestaat uit koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster, vergelijkbaar met kippengaas.
Een van de belangrijkste redenen waarom grafeen zo bijzonder is, is de structuur ervan. Een enkele laag zuiver grafeen bestaat uit een laag koolstofatomen die gerangschikt zijn in een hexagonaal rooster. Deze honingraatstructuur op atomair niveau geeft grafeen zijn indrukwekkende sterkte.
Grafeen is ook een elektrische superster. Bij kamertemperatuur geleidt het elektriciteit beter dan welk ander materiaal ook.
Weet je nog die koolstofatomen waar we het over hadden? Wel, elk atoom heeft een extra elektron, een zogenaamd pi-elektron. Dit elektron beweegt vrij, waardoor het geleiding kan bewerkstelligen door meerdere lagen grafeen met weinig weerstand.
Recent onderzoek naar grafeen aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft iets bijna magisch aan het licht gebracht: wanneer je twee lagen grafeen een klein beetje (slechts 1,1 graden) uit hun positie draait, wordt het grafeen een supergeleider.
Dit betekent dat het elektriciteit kan geleiden zonder weerstand of warmteontwikkeling, wat spannende mogelijkheden biedt voor toekomstige supergeleiding bij kamertemperatuur.
Een van de meest veelbelovende toepassingen van grafeen is in batterijen. Dankzij de superieure geleidbaarheid kunnen we grafeenbatterijen produceren die sneller opladen en langer meegaan dan moderne lithium-ionbatterijen.
Sommige grote bedrijven, zoals Samsung en Huawei, zijn deze weg al ingeslagen en streven ernaar deze innovaties in onze dagelijkse gadgets te integreren.
"Tegen 2024 verwachten we een reeks grafeenproducten op de markt te hebben", aldus Andrea Ferrari, directeur van het Cambridge Graphene Center en onderzoeker bij het Graphene Flagship, een initiatief van European Graphene. Het bedrijf investeert 1 miljard euro in gezamenlijke projecten. De alliantie versnelt de ontwikkeling van grafeentechnologie.
De onderzoekspartners van Flagship ontwikkelen nu al grafeenbatterijen die 20% meer capaciteit en 15% meer energie leveren dan de beste hoogenergetische batterijen van vandaag. Andere teams hebben op grafeen gebaseerde zonnecellen ontwikkeld die 20 procent efficiënter zijn in het omzetten van zonlicht in elektriciteit.
Hoewel er al enkele producten zijn die het potentieel van grafeen benutten, zoals de sportartikelen van Head, moet het beste nog komen. Zoals Ferrari opmerkte: "We praten over grafeen, maar in werkelijkheid hebben we het over een groot aantal opties die worden onderzocht. De ontwikkelingen gaan de goede kant op."
Dit artikel is bijgewerkt met behulp van kunstmatige intelligentie, de feiten zijn gecontroleerd en het artikel is bewerkt door de redactie van HowStuffWorks.
Sportartikelenfabrikant Head heeft dit fantastische materiaal gebruikt. Hun Graphene XT tennisracket is naar eigen zeggen 20% lichter bij hetzelfde gewicht. Dit is werkelijk revolutionaire technologie!
`;t.byline_authors_html&&(e+=`Auteur: ${t.byline_authors_html}`),t.byline_authors_html&&t.byline_date_html&&(e+=” | “),t.byline_date_html&&(e+=t.byline_date_html);var i=t.body_html .replaceAll('”pt','”pt'+t.id+”_”); return e+=`\n\t\t\t\t
Geplaatst op: 21 november 2023