Underbart material grafen kan inte bara dominera den elektroniska marknaden inom en snar framtid, det kan också leda till ett stort antal nya marknader och nya tillämpningar, ett landmärke University of Manchester papper hävdar.

Skriver in Natur , Nobelpristagaren professor Kostya Novoselov och ett internationellt team av författare har tagit fram en 'Graphene Roadmap' som för första gången anger vad världens tunnaste, starkaste och mest ledande materialet verkligen kan uppnå.

Papperet beskriver hur grafen, isolerad för första gången vid University of Manchester av professor Novoselov och kollega professor Andre Geim 2004, har potential att revolutionera olika applikationer från smartphones och ultrasnabbt bredband till läkemedel mot cancer och datorchips.

Ett nyckelområde är pekskärmsenheter, som Apples iPad, som använder indiumtennoxid. Grafens enastående mekaniska flexibilitet och kemiska hållbarhet är vida överlägsen. Grafen pekskärmsenheter skulle visa sig vara mycket mer långvariga och skulle öppna ett sätt för flexibla enheter.

Författarna uppskattar att de första grafenpekskärmsenheterna kan finnas på marknaden inom tre till fem år, men kommer bara att realisera sin fulla potential i flexibla elektroniktillämpningar.

Rullbart e-papper är en annan applikation som borde vara tillgänglig som en prototyp 2015 – grafens flexibilitet visar sig vara idealisk för uppvikbara elektroniska ark som kan revolutionera elektroniken.

Tidsskalor för applikationer varierar mycket beroende på kvaliteten på grafen som krävs, hävdar rapporten. Till exempel, forskarna uppskattar enheter inklusive fotodetektorer, trådlös höghastighetskommunikation och THz-generatorer (för användning i medicinsk bildbehandling och säkerhetsutrustning) skulle inte vara tillgängliga förrän åtminstone 2020, medan cancerläkemedel och grafen som ersättning för kisel sannolikt inte kommer att bli verklighet förrän runt 2030.

Tidningen beskriver också de olika sätten att framställa grafen – processer som har utvecklats enormt från den tejpmetoden som nobelpristagarna banat väg för.

Uppsatsen hävdar att det finns tre huvudsakliga metoder för att göra grafen:

• Flytande fas och termisk exfoliering – exponerar grafit för ett lösningsmedel som delar den i individuella grafenflingor. Denna metod är idealisk för energitillämpningar (batterier och superkondensatorer) samt grafenfärger och bläck för produkter som tryckt elektronik, smarta fönster och elektromagnetisk skärmning. Lägga till ytterligare funktionalitet till kompositmaterial (extra styrka, ledningsförmåga, fuktbarriär) är ett annat område som sådan grafen kan appliceras.
• Kemisk ångavsättning – odling av grafenfilmer på kopparfolier, för användning i flexibla och transparenta elektronikapplikationer och fotonik, bland andra.
• Syntes på kiselkarbid – odling av grafen på antingen kisel- eller kolytorna av detta material som vanligtvis används för högeffektelektronik. Detta kan resultera i grafen av mycket hög kvalitet med utmärkt formade kristaller, perfekt för högfrekventa transistorer.

Professor Novoselov sa:"Grafen har potential att revolutionera många aspekter av våra liv samtidigt. Vissa applikationer kan dyka upp inom några år redan och vissa kräver fortfarande år av hårt arbete.

"Olika applikationer kräver olika kvaliteter av grafen och de som använder den lägsta graden kommer att vara de första som dyker upp, förmodligen så snart som om några år. De som kräver högsta kvalitet kan mycket väl ta decennier.

"Eftersom utvecklingen under de senaste åren var verkligt explosiv, graphens utsikter fortsätter att snabbt förbättras.

"Grafen är en unik kristall i den meningen att den på egen hand har tillskansat sig ett stort antal överlägsna egenskaper:från mekaniska till elektroniska. Detta tyder på att dess fulla kraft endast kommer att realiseras i nya tillämpningar, som är utformade specifikt med detta material i åtanke, snarare än när det kallas att ersätta andra material i befintliga applikationer.

"En sak är säker - forskare och ingenjörer kommer att fortsätta att undersöka framtidsutsikter som erbjuds av grafen och, längs vägen, många fler idéer för nya tillämpningar kommer sannolikt att dyka upp."

Hans medförfattare professor Volodya Falko, från Lancaster University, sa:"Med vår tidning, vi strävar efter att öka medvetenheten hos ingenjörer, innovatörer, och entreprenörer till den enorma potentialen hos grafen för att förbättra den befintliga tekniken och att generera nya produkter.

"Att nämna, i vissa länder, inklusive Korea, Polen och de brittiska nationella finansieringsorganen driver redan flera miljoner ingenjörsledda forskningsprogram som syftar till kommersialisering av grafen i stor skala."