Sällan har väl ett nobelpris i fysik varit så stimulerande för prylnördarnas fantasi. När Andrej Geim och Konstantin Novoselov vid universitetet i Manchester 2010 belönades för sina grafenexperiment var det ovanligt lätt att ge exempel på framtida tillämpningar – i form av konsumentelektronik med hittills oanad prestanda.
Men inte bara IT-sektorn dreglar över grafen. Även inom energi, medicin och materialteknik finns stora förhoppningar om att utnyttja dess spektakulära egenskaper. Kanske var det inga överord när det talades om en kommande kolbaserad teknikrevolution?
Även om grafen inte gjort så mycket väsen av sig i media på senare tid så är utvecklingen i forskarvärlden febril. Förra året publicerades cirka 6 000 vetenskapliga artiklar runt om i världen med fokus på grafen. För något halvår sedan kom exempelvis nya rön som radikalt förstärker dess potential som ersättning för kisel i framtidens elektronik.
– Så sent som i höstas ansågs detta vara ett mål på lång sikt, för utmaningarna är mycket stora, berättar professor Jari Kinaret, styrkeområdesledare för nanovetenskap på Chalmers.
Men så dök det upp en banbrytande publikation från Manchester som visade att grafen kan kombineras med andra, liknande tvådimensionella material i en sandwichstruktur.
– En transistor byggd enligt denna princip får en effektförbrukning som bara är någon miljondel jämfört med tidigare prototyper.
Europeisk kraftsamling
Jari Kinaret leder också Graphene Coordinated Action, en insats för att stärka och samla grafenforskningen inom EU.
För i takt med att intresset för grafen växer runt om i världen så riskerar EU att hamna på efterkälken – inte minst när det gäller den tillämpade forskningen.
– Att integrera hela kedjan från grundforskning till produkter är vi traditionellt inte så duktiga på i Europa, jämfört med asiater och amerikaner, förklarar Jari Kinaret och visar några cirkeldiagram på datorskärmen.
Där framgår att den akademiska forskningen kring grafen än så länge är ganska jämnt fördelad mellan USA, Asien och Europa. Men patentansökningar från respektive region påminner i storlek mer om Jupiter, Saturnus och Mars.
– Det är något som havererar här. Och det ska vi försöka fixa, säger Jari Kinaret.
Tanken är att de forskargrupper som idag arbetar frikopplade från varandra ska bindas samman i ett nätverk och kunna dra nytta av varandras resultat.
Den planerade europeiska kraftsamlingen förutsätter dock förstärkt finansiering. Och sådan finns i kikaren, i form av ett ”vetenskapligt flaggskepp”. Detta är EU-kommissionens beteckning på de högprofilerade forskningsinitiativ med tioårig finansiering som ska sjösättas nästa år.
I fjol utsågs Graphene Coordinated Action till ett av sex pilotprojekt som har möjlighet att upphöjas till flaggskepp. Det skulle innebära en budget på omkring tio miljarder kronor under hela perioden.
Men bara två flaggskepp kommer att utses. Fyra piloter blir utan pengar.
– Blir vi utvalda skulle det innebära en kraftig ökning av anslagen till den europeiska grafenforskningen, uppemot 50 procent mer än idag, säger Jari Kinaret.
– Om inte – ja då får vi förhoppningsvis åtminstone behålla våra nuvarande ekonomiska ramar.
Jari Kinaret har nyligen lämnat in projektets slutrapport till kommissionen. Han är optimistisk om möjligheterna:
– En av våra uppenbara styrkor är den vetenskapliga excellensen. Nobelpristagarna Geim och Novoselov sitter i vårt strategiska råd och dessutom ytterligare två nobelpristagare. Det är svårslaget.
Ett enda tunt atomlager
Parallellt med de science fiction-artade aspekterna finns det också en högst alldagligt sida av grafen.
Faktum är att de flesta människor emellanåt framställer lite grafen – omedvetet förstås. Somliga till och med äter grafen.
Kopplingen mellan nanovetenskapen och vardagslivet utgörs av blyertspennan. Från dess spets överförs sjok av mjuk grafit till papprets yta när vi ritar och skriver. (Pennans andra ände tuggar vissa av oss på medan vi tänker).
Studerar man ett blyertsstreck i stark förstoring så finner man ett skikt av grafit som är kanske 100 atomlager tjockt. Men i utkanten av strecket blir det tunnare och alltmer genomskinligt. Någon gång blir skiktet så tunt att det bara består av ett enda lager av kolatomer.
Och då sitter det där – grafenet. Detta är också bakgrunden till det motto som Graphene Coordinated Action har antagit: The future in a pencil trace (ungefär: framtiden i en blyertslinje).
Med ett penndrag kommer också framtiden för den planerade forskningssatsningen att avgöras framåt årsskiftet. Då väljer EU-kommissionens hemliga jury ut vilka två av de sex piloterna som ska få del av forskningsmiljarderna.
OM GRAFEN:
Grafen är en form av grafit, alltså kol, som består av ett enda sammanhängande atomlager.
Det är supertunt, superstarkt och transparent. Det kan böjas, töjas och har en sällsynt förmåga att leda såväl elektricitet som värme.
Grafen har varit känt länge, men Geim och Novoselov lyckades 2004 framställa flagor av materialet på ett helt nytt sätt, genom att rycka loss det från grafiten med hjälp av vanlig tejp.
Numera framställs grafen även med andra metoder.
Den svenska grafenforskningen har sin tyngdpunkt vid Chalmers.
SNART PÅ PEKSKÄRM OCH I MOBILEN
I Graphene Coordinated Action ligger tonvikten på den tillämpade forskningen. I förlängningen hägrar möjligheten att bygga upp en europeisk industri kring grafen och liknande tvådimensionella material – både komponenter och färdiga produkter.
Därför ingår även flera stora företag i nätverket, bland annat mobiltillverkaren Nokia.
– Eftersom grafen är både genomskinligt och ledande så är det uppenbart intressant för framtida pekskärmar och displayer. Men också inom batteriteknik eller som armering i mobiltelefonernas skal skulle grafen kunna komma till användning, säger Claudio Marinelli på Nokias forskningsavdelning i Cambridge, Storbritannien.
Där forskar man sedan ett par år tillbaka på tänkbara tillämpningar för grafen inom mobil kommunikation. Han gissar att Nokia redan 2015 kommer att utnyttja grafen i åtminstone någon tillämpning i sina telefonmodeller.
– Även när det gäller identifiering och annan överföring av data genom skärmen är teknik baserad på grafen tänkbar, säger han.
På längre sikt tror han att grafenets böjbara och flexibla egenskaper kan bli en del av den mobila kommunikationen – och omsättas i produkter som vi idag kanske har svårt att föreställa oss.
– Vi tror att grafentekniken kommer att ha stor påverkan på vårt affärsområde. Därför var det ganska självklart att vi skulle engagera oss i forskningsprojektet.
Text: Björn Forsman
Foto: Peter Widing