Ìę
Det tunnaste materialet som hittills skapats, grafen, bestÄr av ett enda lager kolatomer. De bildar ett mönster likt hönsnÀt, fast bara ett atomlager tjockt. Materialet har flera unika egenskaper. Det Àr ungefÀr 200 gÄnger starkare Àn stÄl och samtidigt böjligt. Det Àr genomskinligt, men ogenomtrÀngligt för bÄde gaser och vÀtskor. Dessutom leder det elektricitet mycket bra. Idéerna kring hur nanomaterialet skulle kunna anvÀndas Àr mÄnga och det forskas intensivt kring möjliga framtida tillÀmpningar.
â Grafen Ă€r ett vĂ€ldigt fascinerande material, och samtidigt mycket utmanande att studera, sĂ€ger Mikhail Vagin, förste forskningsingenjör vid institutionen för teknik och naturvetenskap samt institutionen för fysik, kemi och biologi.
En av faktorerna som gör det till en stor utmaning att förstÄ hur grafen fungerar pÄ atomnivÄ Àr att det Àr vad man kallar för ett anisotropiskt material. Det betyder att materialets egenskaper kan skilja sig Ät beroende pÄ om man mÀter över kolatomskiktets plana yta eller över kanten. Forskarnas anstrÀngningar för att förstÄ vad som hÀnder i grafen pÄ atomnivÄ kompliceras dessutom av att det finns olika sÀtt att framstÀlla grafen. Egenskaperna hos grafen i smÄ flagor, med mÄnga kanter, skiljer sig pÄ en del sÀtt frÄn grafen som skapats som kvadratcentimeterstora sjok. Beroende pÄ vilken typ av grafen som studeras kan materialet upptrÀda pÄ olika sÀtt.
Kontrollerad nedbrytningÌę
Forskarna bakom studien anvĂ€nde grafen som skapats pĂ„ en skiva av kiselkarbid genom en process som utvecklats av forskare vid Linköpings universitet. NĂ€r kiselkarbid vĂ€rms upp till 2Ìę000 °C övergĂ„r kiselatomer pĂ„ ytan i gasform och endast kolatomerna blir kvar. PĂ„ grund av den höga kvaliteten av grafenlagret reagerar materialet extremt lĂ„ngsamt med omgivningen, medan mĂ„nga tillĂ€mpningar Ă€r beroende av kontrollerad interaktion mellan materialet och andra Ă€mnen, sĂ„ som gasmolekyler. Inom forskningsfĂ€ltet pĂ„gĂ„r en diskussion om huruvida det gĂ„r att aktivera grafen pĂ„ ytan eller om kanter behövs. För att förstĂ„ mer om hur grafen fungerar undersökte forskarna vad som hĂ€nder nĂ€r man pĂ„ ett kontrollerat sĂ€tt skapar defekter i ytan.
â Anodisering Ă€r en elektrokemisk process som bryter sönder grafenlagret sĂ„ att det skapas fler kanter. Vi mĂ€tte egenskaperna hos anodiserat grafen och sĂ„g att materialets förmĂ„ga att lagra elektricitet blev mĂ„nga gĂ„nger högre, sĂ€ger Mikhail Vagin.
Det behövs vidareutveckling för att kunna tillÀmpa den nya kunskapen och fÄ det att fungera i större skala. Forskarna har flera spÄr som de vill följa upp.
â Grafen pĂ„ kiselkarbid gĂ„r att göra över en större area Ă€n andra grafentyper. Om man kan pĂ„verka materialets egenskaper pĂ„ ett kontrollerat sĂ€tt kan det bli möjligt att skrĂ€ddarsy ytan för olika funktioner, exempelvis sĂ„ att den kan fungera som en sensor som har ett eget batteri, sĂ€ger medförfattaren Mikael SyvĂ€jĂ€rvi, förste forskningsingenjör vid institutionen för fysik, kemi och biologi och en av grundarna till Graphensic AB som kommersialiserar grafen pĂ„ kiselkarbid.
Resultaten utvecklades som följd av ett examensarbete med samarbete mellan Graphensic och forskarna vid Linköpings universitet.
Artikel: , Mikhail Yu. Vagin, Alina N Sekretaryova, Ivan G. Ivanov, Anna HÄkansson, Tihomir Iakimov, Mikael SyvÀjÀrvi, Rositsa Yakimova, Ingemar Lundström, Mats Eriksson, (2017) Electrochimica Acta, 238, 91-98; publicerad online 4 april 2017, doi: 10.1016/j.electacta.2017.04.016
