Wat is  grafeen

Wat is Grafeen? Het is een een enkele atoom laag koolstofatomen die in een hexagonale rooster zijn gerangschikt. Grafeen werd voor het eerst geïsoleerd in 2004 door Andre Geim en Konstantin Novoselov aan de Universiteit van Manchester, en ze kregen in 2010 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor hun werk.

Grafeen is een echt opmerkelijk materiaal met een aantal uitzonderlijke eigenschappen, waaronder:

Thermische management: grafeen kan worden gebruikt om zeer efficiënte warmteafvoer te bieden in elektronische apparaten en andere toepassingen. 

Energieopslag: grafeen kan worden gebruikt om supercondensatoren te maken die meer energie kunnen opslaan dan traditionele supercondensatoren. 

Sensoren: grafeen kan worden gebruikt om sensoren te maken die zeer gevoelig zijn voor een breed scala aan stimuli. 

Composites: grafeen kan worden toegevoegd aan andere materialen om ze sterker, lichter en meer thermisch geleidend te maken. 

Biomedische apparaten: grafeen kan worden gebruikt om biomedische apparaten te maken, zoals implantaten en sensoren.

In aanvulling op deze uitzonderlijke eigenschappen, heeft grafeen ook een aantal andere potentiële voordelen, waaronder:

De theoretisch achtergrond van grafeen kan worden herleid tot de vroege jaren 1960, toen P.R. Wallace voor het eerst voorspelde dat een tweedimensionale laag koolstofatomen een halfgeleider met een hoge elektrische geleidbaarheid zou zijn. Het was echter pas in de vroege jaren 2000 dat grafeen daadwerkelijk werd geïsoleerd en gekarakteriseerd.

Grafeen werd voor het eerst geïsoleerd in 2004 door Andre Geim en Konstantin Novoselov aan de Universiteit van Manchester. Ze gebruikten een plakbandmethode om grafeen te isoleren van grafiet door er elke keer opnieuw laagjes vanaf elkaar af te pellen. De plakbandmethode is een eenvoudige maar arbeidsintensieve manier om grafeen te isoleren, maar het leidt tot grafeenmembranen met een groot aantal defecten. Deze defecten kunnen de eigenschappen van grafeen beïnvloeden, zoals de elektrische geleidbaarheid, de mechanische sterkte en de optische eigenschappen. Enkele van de meest voorkomende defecten in grafeen zijn:

In de afgelopen jaren zijn er verschillende nieuwe methoden ontwikkeld om grafeen te isoleren. Deze methoden leiden tot grafeenmembranen met een lagere defectdichtheid, wat de eigenschappen van grafeen verbetert. Een van de meest veelbelovende nieuwe methoden is het chemische vapor deposition (CVD)-proces. Het CVD-proces is een proces waarbij grafeen wordt gevormd op een substraat door koolstofmonoxide te laten reageren met waterstof onder hoge temperatuur en druk. Het CVD-proces leidt tot grafeenmembranen met een zeer lage defectdichtheid, waardoor de eigenschappen van grafeen veel beter zijn dan de eigenschappen van grafeenmembranen die met de plakbandmethode zijn geïsoleerd.

De flashmethode is een nieuw proces voor het maken van grafeen. Grafiet wordt heel snel verhit tot een hoge temperatuur, waardoor de lagen grafeen loslaten van elkaar en opstijgen als een gas. Het gas wordt vervolgens gekoeld, waardoor de lagen grafeen weer samenkomen en grafeen vormen. Dit is een zeer veelbelovende methode. De methode is zeer efficiënt en het leidt tot grafeen met een zeer hoge kwaliteit. 

De uitzonderlijke eigenschappen en potentiële voordelen van grafeen maken het een zeer veelbelovend materiaal voor een breed scala aan toepassingen. Naarmate het onderzoek naar grafeen voortduurt, kunnen we in de komende jaren nog meer innovatieve en baanbrekende toepassingen van dit verbazingwekkende materiaal verwachten. De meeste mogelijkheden van grafeen zijn nog niet eens uitgevonden of zelfs maar bedacht.