grafenissä

Grafeni on kaksidimensionaalinen hiiliatomien rakenne, jossa atompitos on järjestäytynyt kuusikulmaiseen verkkokuvioon. Yksittäisen kerroksen paksuus on vain noin hiiliatomin vahvuinen, mikä tekee grafenistä uskomattoman ohutta mutta samalla erittäin vahvaa. Grafeni on yksi grafenien perusmuodoista ja sitä tutkitaan laajasti sen erikoisominaisuuksien vuoksi.

Ominaisuudet ja vaikutusalueet: Grafenin elektroniset ominaisuudet ovat poikkeukselliset: se johtaa sähköä hyvin, ja sen elektroninen liikkuvuus sekä massa ovat korkeat. Fysikaaliset ominaisuudet, kuten korkea mekaaninen lujuus, korkea lämpöjohtavuus ja suurtaaltainen, lähes läpinäkyvä kalvo, tekevät grafenistä lupaavan materiaalin moniin sovelluksiin. Yksi kerros grafenia absorboi vain noin 2,3 prosenttia näkyvästä valosta, jolloin se on käytännössä melkein läpinäkyvää.

Valmistus ja muunnelmat: Grafenia voidaan valmistaa useilla tavoilla, mukaan lukien mikromekaaninen erottelu (korttiliimaustekniikalla), kemiallinen höyryjyräys (CVD) sekä grafeenidioksidin sovellukset ja palautus. Matalammista grafenimuodoista, kuten grafenidioksidista, voidaan porrastetusti palauttaa grafeniin. Erilaisia muunnelmia ovat bilayer- ja twisted bilayer grafenit, joilla on erityisiä elektronisia ominaisuuksia, kuten tunnusomaisia hatun kaltaisia tiloja ja mahdollisesti suprakonduktioita.

Sovellukset ja tutkimus: Grafenia tutkitaan laajasti elektroniikassa, läpinäkyvissä johtavissa kalvoissa, energiavarastoinnissa (kuten superkondensaattoreissa ja akkuihin liittyvissä ratkaisuissa), sensoroinnissa sekä komposiittimateriaaleissa. Tutkimusalueita ovat muun muassa grafenin skaalattava tuotanto, laadun hallinta, virheiden vaikutukset ja erityiset rakenteet, kuten kiertävät (twisted) grafenit, jotka avaavat uusia mahdollisuuksia.

Käytännön näkökulmia: Grafenin kaupallinen hyödyntäminen kohtaa haasteita suurten, laadukkaiden levyjen tuotannossa ja integroitumisessa olemassa oleviin valmistusprosesseihin. Tutkimus jatkuu uraauurtavien sovellusten löytämiseksi sekä grafenin hallittujen ominaisuuksien hyödyntämiseksi käytännössä.