Natuurkunde

grafeen, wonderstof van de toekomst


Inleiding

Een potlood bevat het nanomateriaal van de toekomst, grafeen. Een potlood bestaat uit grafiet, een koolstofverbinding. Als je een laag van slechts atoom dik van grafiet afhaalt dan heb je grafeen. Het is het dunst mogelijke materiaal wat er mogelijk is, het is zo dun dat het in de natuurkunde 2-dimensionaal wordt genoemd. Verder heeft het de structuur van kippengaas, dit omdat de koolstofatomen in het grafeen zich in een zeshoekige structuur rangschikken. Dit is natuurlijk mooi en aardig, maar de eigenschappen van grafeen maken het een erg speciale stof.

Eigenschappen

Grafeen heeft een paar hele leuke eigenschappen die een paar flinke technische revoluties teweeg kunnen brengen. Doordat het grafeen-vel is opgebouwd uit koolstofatomen die veel bindingen hebben is het een ongelofelijk sterk materiaal. Het is zelfs het sterkste materiaal tot nu toe. Verder is het doorzichtig, flexibel en ook stijf tegelijkertijd. Het is ook luchtdicht, dus het houdt gassen ongekend goed tegen, dus het is ook nog op te blazen. Deze lijst van eigenschappen alleen zouden grafeen al een geweldig nuttige stof maken, maar er is nog meer. Grafeen is een zeer goede geleider van elektriciteit. Hierdoor is het een stof die veel potentie heeft om computerchips te maken die veel kleiner en sneller zijn dan de huidige chips die gemaakt zijn van silicium.  

Onderzoek

Een probleem wat opgelost moet worden is dat elektronen kriskras over het vel heen springen, er moet dus een manier gevonden worden om ze in goede banen te leiden, zodat er gebruik gemaakt kan worden van de goede geleiding. Verder is de massaproductie van grafeen nog een probleem. Er kunnen nog geen vellen gemaakt worden die groter zijn dan vijftig vierkante millimeter. Een andere toepassing die veel onderzocht wordt is het gebruik van grafeen in zonnecellen. Ook in zonnecellen wordt silicium gebruikt om de zonne-energie om te zetten in elektrische energie. Omdat grafeen gemaakt is van koolstof, een veelvoorkomend element, zou het een goedkoop alternatief kunnen zijn voor silicium. Dit is slechts het topje van de ijsberg, want er zijn nog veel meer applicaties te bedenken voor de wonderstof grafeen.

onderzoeksvragen

Kracht
Waarom is grafeen zo ongelofelijk sterk?

Geleiding
Waarom geleidt grafeen zo goed? Waarom springen de elektronen in willekeurige richting over het vel?

Toepassingen
Wat zijn de belangrijkste toepassingen waar grafeen mogelijk voor gebruikt zou kunnen worden?

Productie
Hoe wordt grafeen geproduceerd? Tegen welke problemen loopt men aan bij deze productie?