Wondermateriaal grafeen zorgt voor revolutie – wat betekent dit voor toegangscontrole?

29-10-2014

Grafeen zou het internet honderd keer sneller kunnen maken en een camerasensor duizend keer zo gevoelig. Het materiaal is extreem dun, vrijwel transparant, enorm buigzaam en veel sterker dan bijvoorbeeld staal. Maar wat is het precies en wanneer kunnen we het terugvinden in alle apparaten? Grafeen wordt regelmatig een ‘wondermateriaal’ genoemd. Sinds wetenschappers Andre Geim en Kostantin Novoselov er in 2010 de Nobelprijs voor Natuurkunde voor uitgereikt kregen, is de interesse alleen maar groter geworden, zowel op academisch als commercieel gebied. Niet vreemd ook voor het dunste en tegelijkertijd sterkste materiaal ter wereld. De lijst van bijzondere eigenschappen gaat verder: grafeen is een extreem goede geleider van elektriciteit en warmte, kan goed tegen hitte en is bijna ondoordringbaar. Ook heeft het een veel hogere elektrische mobiliteit dan silicium, wat het in theorie een superieure halfgeleider maakt. Het zegt genoeg dat Samsung en Apple nu al vechten om grafeenpatenten. Op de lange termijn zou het materiaal zelfs de hoofdrol kunnen overnemen die silicium al tijden inneemt binnen de technologische industrie. Grafeen is eerder complex dan magisch en sowieso nog grotendeels in nevelen gehuld. Of beter gezegd: in chemische dampen.

Wat is grafeen precies?

Grafeen is een materiaal dat volledig is opgebouwd uit het element koolstof, net zoals grafiet en diamant. In tegenstelling tot die materialen komt grafeen niet direct in de natuur voor, maar moet het geïsoleerd of gescheiden worden, bijvoorbeeld door een extreem dunne laag van grafiet af te halen. Geim en Novoselov wisten in 2004 voor het eerst met enige betrouwbaarheid zo’n laagje te produceren. Dit deden zij met behulp van plakband. De twee wetenschappers haalden steeds meer van een stukje grafiet af, totdat er een laag overbleef die slechts één atoom dik was. Grafeen wordt daarom ook wel een tweedimensionaal materiaal genoemd. Een andere populaire methode is om methaangas, dat deels bestaat uit koolstof, te verhitten totdat het een laagje grafeen achterlaat op een substraat van nikkel of koper. Deze methode heet chemical vapor deposition (cvd) en geniet de voorkeur, omdat hiermee grotere oppervlakken van grafeen kunnen worden geproduceerd.

Wanneer kunnen we grafeen terugzien?

De grootste uitdaging, met name bij de cvd-methode, is niet het produceren van de lagen grafeen. Daar slagen wetenschappers en bedrijven, zoals Samsung, steeds beter in. Dr. Gary Steele van de TU Delft stelt zelfs dat de Zuid-Koreaanse fabrikant op dat gebied voorop loopt. De moeilijkheid zit volgens dr. Steven Wiedmann van de Radboud Universiteit Nijmegen in het scheidingsproces. Het zou nog altijd erg lastig zijn om een laag grafeen los te maken van het substraat zonder daarbij het materiaal of de eigenschappen daarvan te beschadigen. Producenten van grafeen, zoals het Europese Graphenea, zijn daarom op zoek naar betere manieren. Dit vereist vooral nog veel onderzoek, omdat niet alle eigenschappen van grafeen volgens het bedrijf al zijn beschreven of ontdekt, zoals hoe het precies met andere materialen reageert. Massaproductie van grafeen zal daarom nog minimaal enkele jaren duren, denkt Steele.

Waar kan grafeen voor gebruikt worden?

Die praktische problemen weggelaten, komt de magie van grafeen weer bovendrijven. Het materiaal heeft dankzij zijn unieke eigenschappen een bijna oneindig aantal potentiële toepassingen. Niet alleen zou het veel efficiëntere zonnecellen op kunnen leveren, maar grafeen kan ook als omhulsel voor medicijnen dienen of betere oplaadbare batterijen opleveren. Die maken momenteel nog gebruik van grafiet of silicium als anode, maar met grafeen zouden ze zowel een grotere capaciteit kunnen krijgen als sneller kunnen opladen. De vreemdste maar tegelijkertijd bijna vanzelfsprekendste toepassing is in condooms. Als sterkste en dunste materiaal ter wereld kan dit de veiligheid en tegelijkertijd het plezier verhogen. Toch zal grafeen waarschijnlijk eerder terug te vinden zijn in smartphones, als onderdeel van het display, of anders in een lcd-display of oled-tv. In dit soort schermen zit normaliter een dun laagje indiumtinoxide als zo doorzichtig mogelijke halfgeleider, maar dat is volgens Steele te kostbaar en kwetsbaar. Grafeen zou daarentegen zelfs in ruwe vorm al transparanter zijn en tegelijkertijd veel sterker. Het grootste voordeel is volgens Graphenea de kleine buigradius van grafeen, wat het materiaal nog buigzamer zou maken dan oprolbaar elektronisch papier. Het bedrijf denkt daarom dat oprolbare smartphoneschermen en televisies het commerciële debuut voor grafeen gaan betekenen. LG en Samsung beloofden dit soort displays al eerder, maar de tot nu toe gepresenteerde prototypes kunnen slechts deels gebogen worden.

Is grafeen echt zo bijzonder?

Met claims als “dunste, hardste en sterkste ter wereld” klinkt grafeen eigenlijk te mooi om waar te zijn. Zowel Steele als Wiedmann beamen echter dat het materiaal enorm veel toepassingen heeft. De grootste drempel is het betrouwbaar produceren van het materiaal. Van onterechte beloftes is volgens hen slechts gedeeltelijk sprake. Nobelprijs-winnaar Novoselov bevestigde het vorig jaar al tijdens een presentatie over de voortgang van onderzoek naar grafeen: alle superlatieven over grafeen zijn simpelweg feitelijke eigenschappen en er worden nog altijd meer van dit soort kenmerken ontdekt. Het zijn daarom vooral de beschikbaarheid en betrouwbaarheid die grafeen nog in de weg staan. En geld. De gemiddelde prijs per vierkante centimeter ligt momenteel nog ver boven die van silicium. Volgens Graphenea kan het nog zo’n twee jaar duren voordat grafeen daar onder duikt, maar blijft het materiaal daarna goedkoper worden. Vanaf dat moment is de weg vrij om de techwereld te veroveren. Want grafeen mag dan magisch klinken, aan de enorme potentie twijfelt niemand meer.

Recente berichten

IQ-Pass verzorgt 'crew access control' Tomorrowland

Met bijna 200.000 bezoekers is Tomorrowland in het Belgische Boom een van de grootste outdoor dance-evenementen ter wereld. In 2017 wordt het evenement gehouden...

Lees verder

Contractor management en toegangscontrole groot onderhoud A10

Van 24 juli tot maandag 4 september 2017 staat er groot onderhoud gepland op de ring rond Amsterdam, tussen de Haarlemmerweg en knooppunt De...

Lees verder