Til tross for de mange imponerende egenskapene til karbonmaterialet grafén, er det også en rekke utfordringer ved materialet som må løses før det kan benyttes på utsiden av laboratoriene. Én av disse utfordringene er å masseproduksjon grafénflak med høy kvalitet. En annen er å få grafénflak til å vokse seg så store at de kan brukes i industriell databrikkeproduksjon.

To ganger i løpet av april har forskere kunngjort det som framstår som store gjennombrudd innen masseproduksjon av grafén.

I Irland, ved Trinity College Dublin, har professor Jonathan Coleman ledet en forskningsgruppe som har utviklet en metode for å lage grafén i det som omtales som industriell skala – hundrevis av liter om gangen.

Metoden framstår som svært enkel – så enkel at man kan bli fristet til å prøve den på kjøkkenbenken. Men Nature fraråder dette. Ifølge oppskriften som er oppgitt i forskningsartikkelen, har forskerne rett og slett brukt en kraftig kjøkkenmaskin, fylt beholderen med en halv liter vann, 10 til 25 milliliter med billig oppvaskmiddel («Fairy Liquid») og 20 til 50 gram med grafittpulver. Deretter skal de ha latt maskinen gå i 10 til 30 minutter. Resultatet skal ha vært millimeterstore flak med grafén i vannet. Ifølge NewScientist skal man ha kunnet produsere omtrent 5 gram i timen. Med tanke på at ti gram med grafén er nok til å dekke tre fotballbaner, er det kanskje ikke så verst med tanke på den begrensede størrelsen på produksjonsanlegget.

Vanskeligheten med å gjøre dette hjemme ifølge NewScientist at mengden av oppvaskmiddelet (surfaktanten) som må tilsettes, avhenger av egenskapene til grafittpulveret. Dessuten vil ikke all grafitten bli omdannet til grafén, så grafénen må skilles ut i etterkant.

– Det er et morsomt eksperiment, men du vil ikke komme særlig langt. Du kan må en svart væske full med grafén, men hva er så det neste skrittet?, sier Colman til NewScientist.

Forskningen er gjort i samarbeid med kjemikalieselskapet Thomas Swan, som har startet opp arbeidet med et pilotsystem for masseproduksjon. Med kar på 10 000 liter og den rette motoren håper forskerne på å kunne produsere 100 gram i timen.

Samsung
SAIT (Samsung Advanced Institute of Technology) har på sin side greid å masseprodusere grafén ved hjelp av en helt annen tilnærming. I samarbeid med Sungkyungkwan University’s School of Advanced Materials Science and Engineering har SAIT funnet en metode for å «dyrke» wafer-store grafénflak av enkeltkrystaller. Silisiumwafere har gjerne en diameter på 10 til 45 cm og er hovedkomponenten ved produksjon av databrikker.

De koreanske forskerne har greid å syntetisere grafén om til én krystall, oppå en silisiumwafer, med et hydrogen-terminert bufferlag av germanium. Dette skal ha blitt gjort uten at de elektriske og mekaniske egenskapene skal ha blitt påvirket. Detaljene finnes her.

Monolag med grafén er bare ett atom tykke. Det er for tynt til at materialet i noen særlig grad kan brukes alene, men egenskapene kan utnyttes dersom grafén kombineres med andre materialer. Samsung skriver at grafén har hundre ganger bedre elektronmobilitet enn silisium. Det gjør det interessant å bruke grafén i elektronikk. Samtidig er grafén mye sterkere enn stål, leder varme godt og er svært elastisk. Ifølge Samsung er grafén derfor et perfekt materiale for bruk i bøyelige skjermer, kroppsnær teknologi og i neste generasjons elektroniske enheter.

Trinity College Dublin nevner flere muligheter, inkludert avansert innpakking av mat, svært sterk plast, beskyttelse av vindturbiner og ship, raskere bredbånd og batterier med svært mye høyere kapasitet enn i dag.

I tillegg har forskere ved George Washington University denne uken publisert lovende resultater om bruk av grafén og karbon-nanorør i superkondensatorer.