Lager origami-fjær av grafén

Se video av de knøttsmå konstruksjonene.

Publisert

Grafén er blant de sterkeste og tynneste materialene som vitenskapen vet om. Det er veldig strømførende og transporterer varme, samtidig som det er fleksibelt og lett.

Men det mest imponerende med materialet er tykkelsen, grafén er så tynt at det kalles todimensjonalt.

Slik ligger atomene i et grafén-ark. (Foto: (Illustrasjon: iStockphoto))
Slik ligger atomene i et grafén-ark. (Foto: (Illustrasjon: iStockphoto))

Grafén

Det består av karbonatomer som henger i hverandre i et hønsenettingmønster, ifølge Store norske leksikon. Et «ark» med grafén er bare én atom tynt.

Hvis man skal beskrive dette i vår skala blir det rundt 0,0000000000345 meter, eller rundt 0,345 nanometer.

På tross av denne ekstreme tynnheten er grafén enormt kraftig. Hvis du legger mange lag med grafén oppå hverandre, har du et materiale som tåler ti ganger mer enn stål, i hvert fall hvis det brukes til skuddsikring, ifølge Chemistry world.

Ett enkelt grafén-lag ble framstilt i et laboratorium for første gang i 2004, så det er et ganske nytt materiale. 

Nå har amerikanske forskere prøvd å lage en bitteliten grafénfjær, som demper samtidig som den er strømførende. For å lage fjæren har de tatt i bruk gamle, japanske origiamitriks.

Kirigami-fjærer

Akkurat denne origamivarianten kalles kirigami, hvor du klipper hull i papir for å skape forskjellige mønstre og tredimensjonale figurer.

Det begynte med at forskerne utforsket mulighetene med store grafén-ark i laboratoriet.

–Vi oppdaget at det oppførte seg som omtrent som et papir-ark, sier Melina Blees i Natures podkast. Hun har vært med på forskningen og er professor i fysikk ved Cornell University.

Men grafén er mye stivere enn papir, så det kan ikke brettes på samme måte.

– Så vi begynte å lete etter forskjellige typer papirteknikker som vi kunne prøve.

De fant et enkelt mønster som lar et stykke papir strekke seg inn og ut som en fjær.

Forskerne har laget små hull og åpninger i ark med grafén for å skape formene som du kan se i videoen over.  Denne fjæren er strømførende, så den kan være del av en bevegelig maskin. På tross av den knøttlille skalaen skal den tåle mange tusen inn-og-ut-bevegelser.

Det øverste viser en mer standard papirkirigami-versjon av fjæren. Det nederste bildet viser grafén-fjæren mens den er helt strukket ut. Den lille hvite stripen viser skalaen, som er 10 mikrometer, eller 0,00001 meter. (Foto: McEuen Group, Cornell University)
Det øverste viser en mer standard papirkirigami-versjon av fjæren. Det nederste bildet viser grafén-fjæren mens den er helt strukket ut. Den lille hvite stripen viser skalaen, som er 10 mikrometer, eller 0,00001 meter. (Foto: McEuen Group, Cornell University)

Ikke saks

Det er ikke snakk om å hente saksen fra pennalet når du skal klippe i grafén-ark.

Forskerne lagde knøttsmå sjablonger ved hjelp av det som kalles optisk litografi. Dette brukes mye i databrikke-fabrikker for å lage massevis av kretser på små kretskort.

Sjablongene ble brukt for å framstille mønstre på grafén-ark, også ved hjelp av kjemiske reaksjoner.

De lagde også små grafén-hengsler som lenket to små gullfirkanter sammen. Hengslene kan åpnes og lukkes ved hjelp av magnetisme eller mekanisk kraft.

Grafén-hengslene ble åpnet og lukket mer enn 10 000 ganger. Da begynte gullfirkantene å bli bøyd, men hengslene fungerte fortsatt som de skulle.

Forskerne har ikke brukt disse konstruksjonene til noe enda, men de nevner at det kan brukes i framtidige nanoroboter.

Referanser:

Melina K. Blees mfl: Graphene kirigami. Nature, juli 2015. DOI: 10.1038/nature14588. Sammendrag.