Mikä ihmeen grafeeni?

Nobel-komitean perusteluissa todetaan, että grafeeni on maailman ohuin ja kestävin materiaali. Mutta kuten usein lääketieteen, fysiikan ja kemian Nobel-palkintojen perusteluita lukiessa, tuntuu tämänkin palkinnon kohdalla tarpeelliselta selvittää asioita hieman lisää.

Akatemiatutkija Peter Liljerothin mukaan grafeeni on hiiliatomeista koostuva yhden atomin paksuinen verkkomainen ja tasomainen rakenne. Aineen kestävyys perustuu hiiliatomien välisiin kovalenttisiin ja kanaverkkomaisiin sidoksiin.

- Tässä täytyy ymmärtää kestävyys suhteessa paksuuteen. Eihän se yksi kerros ole kestävämpi kuin sentin paksuinen terästanko, vaan aine on kestävä ohuutensa nähden, Liljeroth muistuttaa.

Kotikemistit ja -fyysikot voivat helposti tehdä tuttavuutta grafeenin kanssa, sillä lyijykynissä käytetty grafiitti koostuu grafeenitasoista.

- Kun lyijykynällä kirjoittaa paperille, niin siinä missä näkyy tumma jälki, siinä on useampia kerroksia grafeenia. Sitten jossain siinä reunalla missä kynän jälki loppuu, sieltä löytyy todennäköisesti yksittäisiä, yhden atomikerroksen paksuisia grafeenipalasia, Liljeroth kuvailee.

Liljerothin mukaan Geim ja Novoselov alkoivat valmistaa grafeenia juuri grafiitista.

- He laittoivat lyijykynän lyijyä teipille ja sen jälkeen murskasivat sitä hyvin hienoksi. Sen jälkeen he painoivat teipin jollekin pinnalle, jossa sitä tutkittiin.

Geim ja Novoselov keksivät yhden hiiliatomikerroksen grafeenin vuonna 2004. Liljeroth arvioi, ettei tutkijakaksikko välttämättä vielä tuolloin aavistanut, mitä kaikkia ominaisuuksia aineella oli. Sittemmin grafeenia on tutkittu maailmalla hyvin paljon.

Mihin grafeenia sitten käytetään? Aineen mekaanisia ominaisuuksia eli sen vahvuutta voidaan hyödyntää esimerkiksi ohuissa kalvoissa. Mekaanisten ominaisuuksien lisäksi aineella on sähköisiä ominaisuuksia.

- Sähköä johtavia, läpinäkyviä kalvoja tarvitaan esimerkiksi aurinkokennoissa ja kosketusnäytöissä.

Aurinkokennoissa käytetään nykyään indiumtinaoksidia, mutta grafeeni on hyvin tervetullut, sillä indiumtinaoksidille etsitään halvempaa ja paremmin saatavilla olevaa korvaajaa.

Grafeenin sähköisiin ominaisuuksiin liittyen aineelle visioidaan merkittävää roolia myös elektroniikan saralla.

- Grafeenia on kaavailtu tietokoneprosessoreiden materiaaliksi. Näitä on jo esitelty tiedelehdissä. Ideana on, että kaikki komponentit saataisiin samalle grafeenitasolle, Liljeroth maalailee.

- Tämä ei ole kuitenkaan odotettavissa ihan tänä tai ensi vuonna, Liljeroth toppuuttelee.