- Drømmeflatskjermer like rundt hjørnet

De første flatskjermene med materialet grafen, som vil gjøre dem tynnere og raskere, kan snart være i butikkene. PC-skjermer med grafen må vi nok vente i mange år på.

 I 2008 var grafen et av verdens dyreste materialer.

Et stykke grafen på størrelse med det overlappende arealet mellom to kryssende menneskehår kostet den gang tusen dollar.

Nå selger store firmaer et stykke grafen på over 100 kvadratcentimeter for samme pris.

Reklamefilmen viser at Samsung og forskere fra Sungkyunkwan-universitetet i Sør-Korea arbeider med å bruke grafen til å skape løvtynne og bøyelige skjermer.

Det skorter ikke på superlativer når kjemikere og fysikere beskriver den nye yndlingen deres: grafen.

Verdens tynneste materiale, 200 ganger sterkere enn stål og uovertruffent som leder av varme og elektrisitet. Det er bare noen av de ekstreme egenskaper til materialet som består av flak av karbon, der hvert lag består av bare ett lag atomer.

I forrige uke var en rekke av Europas ledende grafenforskere samlet ved konferansen Carbonhagen 2011 for å diskutere sine nyeste oppdagelser.

Kanskje grafenflatskjermer om ett år

Snart kan materialet forlate laboratoriene og innta plassen foran sofaen din, som en enda tynnere og raskere flatskjerm, spår en av arrangørene, Bo Wegge Laursen.

For selv om det bare er syv år siden forskere klarte å produsere grafen i fri form for første gang, er forskningen allerede kommet så langt at de første skjermene bygget med materialet snart kan være klare til masseproduksjon.

(Foto: Byung Hee Hong) (Foto: grafen)
(Foto: Byung Hee Hong) (Foto: grafen)

– Det trenger ikke å gå særlig lang tid før man bruker gjennomsiktige elektroder av grafen i kommersielle produkter. Det kan bli brukt i flatskjermer om ett år, sier Laursen, som forsker på grafen ved Kemisk Institut ved Københavns Universitet.

Sørkoreanere bygger store grafenark

Forskerne har lenge strevd med å produsere grafen i store stykker, men for et år siden kom det gode nyheter fra Sør-Korea.

Forskere fra Sungkyunkwan University klarte, i samarbeid med Samsung, å produsere 30 tommer store ark som kunne brukes til å bygge trykkfølsomme skjermer, slik vi kjenner det fra mobiltelefoner.

Til det brukte kjemisk pådamping (Chemical Vapor Deposition) til å få materialet til å vokse på en kobberrull.

Deretter brukte de et klebrig stykke plast for å løfte laget av kobberet. For å gjøre grafenfilmene sterkere, gjentok de prosessen fram til de hadde fire lag.

Bøyelige, bærbare og uknuselige mobilskjermer

Sørkoreanernes metode ga altså ikke et perfekt lag, men gjennom behandling med salpetersyre kunne arket brukes som gjennomsiktig elektrode.

– I flatskjermer kan man bruke en «fattigsmannsutgave» av grafen, der flakene er satt sammen i et nettverk, fordi man ikke er avhengig er av den høye ledningsevne, forklarer Laursen.

Han mener koreanernes teknikk er svært lovende og tror grafen nå kan erstatte indiumtinnoksid som i dag brukes som gjennomsiktig elektrode i flatskjermer, berøringsskjermer, LED-lamper og solceller.

Dette er et sjeldent, dyrt og skrøpelig materiale. Grafen består derimot av karbon, et av de vanligste grunnstoffene. Det er dessuten fleksibelt, og det baner vei for bøyelige flatskjermer og mobiltelefoner der skjermen ikke knuser.

På sikt: nye datamaskiner

Andre bruksområder må vi vente lenger på, mener Laursen.

– Det vil ta lang tid før grafen avløser silisium i datamaskiner – hvis det noensinne vil skje. Mange av de spesielle egenskapene til materialet forutsetter at det skapes i et enkelt, perfekt lag uten revner og folder, sier han.

Sørkoreanerne ruller ut 30 tommer store grafenark. (Foto: Byung Hee Hong
Sørkoreanerne ruller ut 30 tommer store grafenark. (Foto: Byung Hee Hong

Dermed er sørkoreanernes teknikk fortsatt ikke god nok til for eksempel å bygge datachiper med. De reneste stykkene kommer fremdeles fra den opprinnelige metoden, fra da grafen først ble produsert i fri form i 2004.

Vanskelig prosess

Den gang tok en gruppe forskere fra University of Manchester i England ganske enkelt litt grafitt og rev av små flak med en slags tape – litt som når man skriver med en blyant.

Tapen presses mot et underlag, og med litt hell vil det bli etterlatt et enkelt lag av grafen. Dessverre kan ikke denne metoden brukes til masseproduksjon.

– Du kan jo ikke basere en industri på å ha en milliard mennesker med hver sin blyant og hvert sitt mikroskop, sier Laursen.

Framskritt er avhengig av firmaer

For at grafen skal kunne brukes til framtidens datamaskiner, må forskerne altså finner nye metoder.

Dessuten må de finne ut hvordan man kan skru av materialets ledningsevne og hvordan man lager elektroniske kretsløp.

Det skjer nok først når de nåværende datachipene av silisium ikke kan utvikles ytterligere, mener han.

– Hvis silisiumteknologien virkelig møter en vegg, så vokser belønningen og dermed innsatsen for å finne alternativer. Men så lenge det går framover med silisium, hvorfor skal man lete etter noe nytt?

– Selvfølgelig vil noen forske på alternativer. Men det er når industrien kommer inn at det virkelig skyter fart, konstaterer Laursen.

Kjemikere overveldes av ny forskning

Hvis det finnes rockestjerner i materialenes verden, er det uten tvil grafen som stjeler rampelyset akkurat nå.

Det går sjelden mer enn et par dager mellom hver gang forskere fra alle verdenshjørner opptrer i vitenskapsmedier for å fortelle om nye oppdagelser om materialet.

– Det er helt vilt. Det er så mange som har kastet seg over det, og forskere har fått større behov for å offentliggjøre resultatene raskt, slik at det er nesten ikke er mulig å følge med, forteller Laursen.

Det er spennende at forskningen går raskt framover på mange fronter, men det er problematisk for kjemikerne at andre kommer prosjektene i forkjøpet, forteller han.

– På den måten er det et utakknemlig felt. Hvis du har en god idé, kan du være ganske sikker på at det er ti andre rundt om i verden som har tenkt nesten det samme.

– Man må nok være genial og heldig for å ha en god idé helt for seg selv – og man må være rask sier Laursen.

 

Referanse:

Vitenskapelig artikkel om sørkoreanernes metode:

Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes; doi:10.1038/nnano.2010.132

Eksterne lenker

Carbonhagen 2011

Bo Wegge Laursens profil

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no

Powered by Labrador CMS