Vad är grafen och vad kan det göra?

Om du har varit någonstans nära en vetenskaplig tidskrift under det senaste decenniet eller så har du stött på någon form av superlativ om grafen - det tvådimensionella undermaterialet som lovar att förvandla allt från dator till biomedicin.

Det finns mycket hype om grafens applikationer tack vare en handfull anmärkningsvärda egenskaper. Det är 1 miljon gånger tunnare än ett mänskligt hår men 200 gånger starkare än stål. Den är flexibel men kan fungera som en perfekt barriär och är en utmärkt ledare för el. Lägg ihop allt detta så har du ett material med en mängd potentiellt revolutionerande applikationer.

tänd eld kommer inte att ansluta till hotellets wifi

Vad är grafen?

Grafen är kol, men i ett atoms tjockt bikakegaller. Om du går tillbaka till dina gamla kemilektioner kommer du ihåg att material som helt består av kol kan ha drastiskt olika egenskaper, beroende på hur dess atomer är ordnade (olika allotropes). Grafiten i din penna är till exempel mjuk och mörk jämfört med den hårda och transparenta diamanten i din förlovningsring. Mänskliga kolstrukturer är inte annorlunda; den kulformade Buckminsterfullerene fungerar annorlunda än de lindade arrangemangen av kolnanorör.

Grafen är gjord av ett ark kolatomer i ett sexkantigt galler. Av ovanstående är det närmast grafit, men medan det materialet är tillverkat av tvådimensionella skikt av kol som hålls skikt-mot-skikt av svaga intermolekylära bindningar, är grafen bara ett-ark tjockt. Om du kunde skala ett enda lager med en atom av kol från grafit, skulle du ha grafen.

De svaga intermolekylära bindningarna i grafit gör att den verkar mjuk och fläckig, men själva kolbindningarna är robusta. Det betyder att ett ark som enbart består av dessa kolbindningar är starkt - cirka 200 gånger mer än det starkaste stålet, samtidigt som det är flexibelt och transparent.

Grafen har teoretiserats under lång tid och av misstag framställts i små mängder så länge människor har använt grafitpennor. Dess huvudsakliga isolering och upptäckt fästs dock på arbetet med Andre Geim och Konstantin Novoselov, 2014 vid University of Manchester. De två forskarna höll enligt uppgift fredagskvällsexperiment, där de skulle testa idéer utanför sina dagjobb. Under en av dessa sessioner använde forskarna tejp för att avlägsna tunna kolskikt från en klump grafit. Denna banbrytande forskning ledde så småningom till kommersiell produktion av grafen.

Efter att de vann Nobelpriset i fysik 2010 donerade Geim och Novoselov tejpdispensern till Nobelmuseet.

telefonen ringer två gånger och lägger sedan på den

Vad kan grafen användas till?

En viktig sak att notera är att forskare utvecklar alla slags material baserade på grafen. Det betyder att det förmodligen är bättre att tänka på grafen, på samma sätt som vi skulle tänka på plast. I grund och botten har tillkomsten av grafen utrymme att leda till en helt ny kategori av material, inte bara ett nytt material.

Se relaterade Vad är turbulens? Att avslöja en av fysikens miljoner dollarfrågor 'Diamond rain' som hittats på Uranus har återskapats på jorden - och det kan hjälpa till att lösa vår växande energikris Kvantberäkning blir äldre

När det gäller tillämpningar forskas forskningen inom områden som är så omfattande som biomedicin och elektronik för växtskydd och livsmedelsförpackningar. Att kunna ändra grafens ytegenskaper kan till exempel göra det till ett enastående material för läkemedelsleverans, medan materialets ledningsförmåga och flexibilitet kan vara en ny generation av pekskärmskretsar eller vikbara bärbara enheter.

Det faktum att grafen kan bilda en perfekt barriär mot vätskor och gaser betyder att den också kan användas med andra material för att filtrera valfritt antal föreningar och element - inklusive helium, vilket är en extremt svår gas att blockera. Detta har en rad applikationer när det gäller industri, men kan också vara mycket användbart för miljöbehov kring vattenfiltrering.

Grafens multifunktionella egenskaper öppnar dörrarna för en enorm mängd kompositanvändningar. Medan mycket tanke har gått över hur det kan öka befintlig teknik, kommer ständiga framsteg inom området så småningom att leda till helt nya områden som tidigare skulle ha varit omöjliga. Kan vi se en helt ny klass inom flygteknik växa fram? Vad sägs om optiska implantat för förstärkt verklighet? Utifrån det ser det ut på 2000-talet när vi får reda på det.