Kuinka ohutta grafeeni on?

Grafeeni on atomin paksuista. Se koostuu kerroksesta hiiliatomeja, jotka ovat järjestyneet kuusikulmioista muodostuvaksi kennostorakenteeksi.

Millimetrin paksuus vaatii noin kolmen miljoonan grafeenikerroksen pinoamista.

Grafeenia syntyi vuonna 2004, kun fyysikot Andre Geim ja Kostantin Novoselov irrottivat teipillä ohuita hiutaleita grafiitista eli muun muassa lyijykynien lyijynä käytettävästä hiilestä.

Teippi liuotettiin sitten nesteeseen, ja jäljelle jäi lopulta vain yhden hiiliatomin vahvuinen kerros.

Grafeeni kestää kissan painon

Grafeenin hiiliatomien väliset sidokset ovat erittäin vakaita. Sen ansiosta grafeeni on tunnetuista aineista kestävintä ja esimerkiksi noin 200 kertaa niin kestävää kuin teräs.

Andre Geim ja Kostantin Novoselov saivat vuonna 2010 Nobelin fysiikanpalkinnon grafeenitutkimuksestaan. Nobel-komitea kuvasi materiaalin kestävyyttä näin:

”Neliömetrin laajuinen riippumatto, joka painaa vähemmän kuin kissan viiksi, ei mene rikki keskikokoisen kissan painosta.” Kissa painaa keskimäärin neljä kiloa ja sen viiksi 0,77 milligrammaa.

Grafeeni koostuu hiiliatomeista, joita yhdistävät kovalenttiset sidokset. Näissä atomit jakavat elektroneja keskenään tasaisesti. Vahvojen sidosten katkaiseminen vaatii paljon energiaa, ja siksi grafeeni on kestävämpää kuin timantti siitä huolimatta, että se on kevyttä ja taipuisaa.

Kussakin grafeenin hiiliatomissa on ulkokuorella elektroni, joka ei sisälly atomien välisiin sidoksiin. Elektronit voivat liikkua vapaasti grafeenissa, joten sen sähkönjohtavuus on huippuluokkaa – jopa 70 prosenttia parempi kuin kuparin, jota käytetään tavallisissa sähköjohdoissa.

Grafeenille on kaavailtu monenlaista käyttöä tekniikan eri aloilla, ja siinä piilevä potentiaali on otettu huomioon erityisesti kehitettäessä uudenlaisia aurinkopaneeleja, jotka muuttavat tehokkaasti valoa sähköksi ja sopivat hyvin ohuina ja taipuisina esimerkiksi puhelimiin.

Grafeenin monipuolisia käyttömahdollisuuksia on alettu selvittää. Elektroniikan alalla tutkimuskohteena ovat esimerkiksi taipuvat näytöt ja erittäin ohuet ja tehokkaat aurinkopaneelit.

Lisäksi on esitetty, että grafeenilla voidaan suodattaa merivedestä puhdasta juomavettä.