Hittills har det visat sig mycket svårt att omvandla löftena om mirakelmaterialet grafen till praktiska tillämpningar. Amedeo Bellunato, Ph.D. kandidat vid Leiden Institute of Chemistry, har utvecklat en metod för att skära grafen i mindre fragment med hjälp av en diamantkniv. Han kan sedan konstruera nanostrukturer från fragmenten. Ph.D. försvar 11 december.

Grafen är en bikakestruktur av kolatomer som bara är en enda atom tjock. Efter upptäckten 2004, det verkade vara det idealiska grundmaterialet för nanotekniktillämpningar:det är superstarkt och det är en exceptionellt bra ledare av både värme och elektricitet. 2013 lanserade EU flaggskeppet Graphene, ett forskningsprogram med en budget på en miljard euro för att utveckla sådana applikationer som effektivare solceller, lysdioder, batterier och alla typer av sensorer.

Dock, i sin avhandling, Bellunato konstaterar att tillverkning av sådana nanostrukturer fortfarande är en extremt komplex produktionsprocess som inte lämpar sig väl för serieproduktion. Också, det har visat sig nästan omöjligt att selektivt funktionalisera grafen kemiskt, att koppla ihop andra kemiska element, såsom syre- eller kväveatomer, till kanterna av en grafen nanostruktur. Det är viktigt att kunna göra detta för att göra grafen till ett mångsidigt nanomaterial med flera applikationer.

Grafen smörgås

Inspirerad av tidigare experiment, Bellunato bestämde sig för att ta ett annat tillvägagångssätt, nämligen att ta en smörgås av plast och metall med ett lager grafen i mitten, och att bokstavligen skära den i fragment. Han gör detta med hjälp av en mikrotom, en diamantkniv som kan skära fragment med nanometerprecision.

I framkanten av smörgåsen, en helt ren, en atomtjock kant av grafen är exponerad, till vilka andra atomer eller molekyler kan kopplas på kemisk väg. Grafenskivan kan också kopplas till en elektrisk ström, förvandla den till en elektrokemisk cell. Detta kan jämföras med den elektrokemiska beläggningen av en metall, men sedan i nanoskala, eftersom endast kanten av grafenen är belagd. Bellunato kunde också bygga en smörgås av nanoporer och nanogaps av grafen med hjälp av mikroskopiskt tunna remsor.

Det visade sig också möjligt att göra en så kallad tunnelkorsning. Detta sker mellan två elektriska ledare, när de är inom några få nanometer från varandra vid en viss punkt. En liten ström kan då flyta mellan de två ledarna. Eftersom energiflödet är mycket känsligt för avståndet mellan ledarna, denna tunneleffekt utgör grunden för alla typer av extremt känsliga sensorer.

Bellunato:"Denna tunnelkorsning är inte ny. Det handlar om att förfina tekniken, och sedan borde den ha praktiska tillämpningar inom fem år eller så." Den okonventionella tekniken som han utvecklade kommer inte främst att användas i konsumentprodukter, han förväntar sig, utan snarare i avancerade forskningsinstrument.