Het wondermateriaal grafeen

Hoe dun is grafeen?

Grafeen is uitgeroepen tot een wondermateriaal omdat het extreem sterk is, maar toch ongelooflijk dun. Maar hoe dun is het, en waarom is het zo sterk?

Grafeen is uitgeroepen tot een wondermateriaal omdat het extreem sterk is, maar toch ongelooflijk dun. Maar hoe dun is het, en waarom is het zo sterk?

U.S. Army

Grafeen is één atoom dik. Het bestaat uit een laag koolstofatomen die gerangschikt zijn in een roosterstructuur van zeshoeken.

Voor een vel grafeen van 1 mm zijn 3 miljoen op elkaar gestapelde lagen nodig.

Grafeen ontstond in 2004 toen de natuurkundigen Andre Geim en Konstantin Novoselov met plakband dunne vlokken isoleerden uit een klomp grafiet, de stof van potloodpunten.

Daarna losten zij de tape op in vloeistof, waardoor uiteindelijk een laag overbleef met een dikte van slechts één koolstofatoom.

Grafeen kan kat dragen

De bindingen tussen de koolstofatomen in grafeen zijn enorm stabiel, waardoor het het sterkste materiaal ter wereld is: 200 keer zo sterk als staal.

Geim en Novoselov kregen in 2010 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor hun experimenten met grafeen, en de Nobelacademie beschreef de kracht ervan als volgt.

‘Een hangmat van 1 vierkante meter, niet zwaarder dan de snorharen van een kat, kan een kat van gemiddeld gewicht dragen zonder kapot te gaan.’ De gemiddelde kat weegt 4 kilo en zijn snorharen 0,77 mg.

Grafeen bestaat uit koolstofatomen die met elkaar verbonden zijn in zogeheten covalente bindingen, waarbij de atomen elektronen met elkaar delen. Er is veel energie nodig om die bindingen te breken, en daarom is grafeen sterker dan diamant, al is het licht en kan het buigen zonder te breken.

Elk koolstofatoom in grafeen heeft een elektron in zijn buitenste schil, dat geen deel uitmaakt van de bindingen met de andere atomen. De elektronen bewegen zich vrij in het materiaal, waardoor grafeen elektriciteit geleidt – tot 70% zo efficiënt als koper, dat in gewone elektriciteitskabels wordt gebruikt.

Grafeen kan worden gebruikt in allerlei moderne technologieën, maar onderzoekers kijken vooral naar grafeen als onderdeel van een nieuw type zonnecel dat zonlicht efficiënt omzet in stroom en tegelijk zeer dun en flexibel is, zodat het makkelijk kan worden geïntegreerd in ramen, telefoons en nog veel meer.

Onderzoekers ontwikkelen grafeen voor gebruik in een breed scala van technologieën. In de elektronica gaat het onder meer om flexibele elektronische schermen en ultradunne, ultra-efficiënte zonnecellen.

Andere onderzoekers denken dat zeewater drinkbaar kan worden met grafeenfilters.