Grafen – ett material som kan förändra världen

Vetenskapsmän jorden runt tävlar om att hitta sätt att producera och använda ett nytt material som är flexibelt, töjbart, hundratals gånger starkare än stål och bara en atom tjockt. Om de lyckas kan grafen komma att förändra vår värld på sätt som är lika djupgående som plast, eller till och med järn.

Grafen: ett ord att lägga på minnet

Ett nytt material som har funnits i mindre än tio år ser lika lovande ut som plast gjorde när den uppfanns. Det kan till och med ha samma förändringskraft som järn när det ersatte brons som den metall som användes för att bygga nya civilisationer.

Grafen upptäcktes så sent som 2004 och vetenskapsmännen som isolerade det fick Nobelpriset i fysik 2010. Detta nanomaterial gör såväl vetenskapsmän som entreprenörer och högteknologiska företag runtom i världen besatta på grund av sina makalösa egenskaper.

Så vad är grafen?

I grund och botten är det ett lager kol som bara är en atom tjockt. Det har uppskattats att en stapel med 3 miljoner ark grafen skulle vara ungefär 1 millimeter hög. Det är töjbart och flexibelt, ändå extremt hårt. Och det är hundratals gånger starkare än stål. Det leder elektricitet mycket bra och dess smältpunkt ligger över 3 000 grader Celsius.

Tillverkningsindustrier arbetar i dag med en del mycket sofistikerade material, som titanlegeringar, enkristallmaterial och kolfibrer. Det forskas ständigt på dessa material för att få högre varmhållfasthet, flexibilitet och andra egenskaper. Om grafen lever upp till vad det hittills lovat kan det främja jakten på dessa egenskaper avsevärt. Det kan bredda vägen för mycket lättare, tunnare och starkare konstruktioner och skulle kunna användas i allting från superlätta flygplan till avsaltningsanläggningar och hypersnabba datorer.

Grafen på marknaden

Materialet är fortfarande extremt dyrt att producera i andra kvantiteter än för forskning, och inga kommersiella produkter har hittills nått marknaden. Men företag och länder över hela världen har investerat hundratals miljoner dollar i forskning. EU-kommissionen har startat ett särskilt grafenprojekt och har anslagit 1 000 miljoner euro för att finansiera tio års forskning och utveckling av ledande forskningsinstitut och storföretag i 17 länder i Europa. (http://www.graphene-flagship.eu)

Tidsödande process

Att integrera nya material i massproduktion kan ta årtionden. Uppfinningen av kolfiber, till exempel, har sitt ursprung 50 år tillbaks i tiden. Rolls-Royce drev på användningen av kolfiber i kompressorblad i flygplansmotorer på 1960-talet, men bladen visade sig vara sårbara vid fågelkollisioner, så bolaget avbröt sina planer.

De första kommersiellt gångbara grafenprodukterna förväntas presenteras 2015. Det kan vara elektroniska apparater från IBM, Nokia eller Samsung, som är några av de företag som tävlar om att bli först på marknaden. Om de lyckas skulle det vara ett exempel på en enormt snabb implementering, från betydande upptäckt till lansering på marknaden.

Tuffa material:

Titanlegeringar är en blandning av titan och andra kemiska grundämnen. De är starka, lätta och motståndskraftiga mod korrosion och höga temperaturer. De är dyra att producera, vilket begränsar användningen. De används i flygplan, sportbilar och i militära applikationer, men även i dentala och ortopediska implantat.

Enkristallmaterial har en kontinuerlig och oavbruten kristallstruktur utan korngränser. Avsaknaden på defekter ger dem unika egenskaper. De används i produktionen av halvledare och i lasersikten av höghållfasta material med låg värmekrypning, exempelvis turbinskovlar.

Varmhållfasta superlegeringar, HRSA, baseras vanligen på nickel, kobolt eller nickeljärn. De är starka och kryphållfasta, har bra ytstabilitet och är beständiga mot korrosion och oxidering. De här materialen är också mycket krävande att bearbeta. De används i flera olika detaljer i flygplansmotorer, bland annat kompressor, förbränningssystem och turbin.

Grafen är det tunnaste, starkaste och mest varmhållfasta av alla material som nämns här, men det är fortfarande på forskningsstadiet. Det är ett slags kol som tillverkats av planarark som är en atom tjocka. Atomerna ordnas i ett bikakeformat gitter. Alla möjliga branscher hoppas att det här materialet radikalt ska förbättra produkters prestanda.