Några av de mest kända vetenskapliga upptäckterna hände av en slump. Från teflon och mikrovågsugnen till penicillin, forskare som försöker lösa ett problem hittar ibland oväntade saker. Det är precis så vi skapade fosforananoribon - ett material tillverkat av en av universums grundläggande byggstenar, men det har potential att revolutionera ett brett spektrum av tekniker.

Vi hade försökt separera lager av fosforkristaller i tvådimensionella ark. Istället, vår teknik skapade liten, tagliatelle-liknande band en enda atom tjock och bara cirka 100 atomer tvärs över, men upp till 100, 000 atomer långt. Vi ägnade tre år åt att finslipa produktionsprocessen, innan vi meddelar våra resultat.

De tvådimensionella banden har ett antal anmärkningsvärda egenskaper. Deras bredd -till -längd -förhållande liknar kablarna som sträcker sig över Golden Gate -bron. De är otroligt enhetliga men manipulerbar bredd tillåter deras egenskaper, till exempel om och hur de leder elektricitet, att finjusteras. De är också otroligt flexibla, vilket innebär att de kan följa konturerna på alla ytor de sätts på perfekt, och till och med vridas.

Transformativ potential

Mer än 100 vetenskapliga artiklar förutspådde dessa nanoribbons transformativa potential, ska det vara möjligt att skapa dem, inom en rad olika tekniker - några så många som fem år före publiceringen av vår upptäckt i Nature.

Den kanske viktigaste av dessa är inom området batteriteknik. Den korrugerade strukturen hos fosforananoribb innebär att de laddade jonerna som driver batterier snart kan röra sig upp till 1000 gånger snabbare än vad som för närvarande är möjligt. Detta skulle innebära en avsevärd minskning av laddningstiden, tillsammans med en kapacitetsökning på cirka 50%. Sådana prestandavinster skulle ge massiva ökningar för elbil- och flygindustrin, och låta oss mycket bättre utnyttja förnybar energi för att eliminera beroende av fossila bränslen även på grå, lugna dagar.

Det betyder också att i framtiden batterier kan använda natriumjoner istället för litiumjoner. Kända litiumreserver kanske inte kan möta enorma förväntade ökningar av batteribehovet, och extraktion av metallen kan vara miljöskadligt. Natrium, däremot, är rikligt och billigt.

Elektronikområdet kan också vara tacksamt för nanoribbon. Moores lag konstaterar att datorbearbetningseffekten fördubblas vartannat år, men denna hastighet riskerar att sakta ner eftersom de fysiska gränserna för material närmar sig snabbt. Användning av 2-D-material som vårt kan omdefiniera dessa gränser, så att vi kan göra allt mindre och snabbare enheter.

Banden skulle kunna lösa en annan viktig vägspärr i detta område - hur man elektriskt ansluter nanomaterial utan att skapa stort motstånd (och därmed energiförlust) vid fogarna. Flera lager tjocka versioner av fosforananoribb kan sömlöst delas upp i band med olika höjder och elektriska egenskaper, kringgå de vanliga tekniska kraven för anslutningar. Tack vare detta, högeffektiva solceller kan nu vara mycket närmare att gå in i verkligheten.

Fosforananoribbons flexibilitet och termoelektriska egenskaper innebär att de också kan bäddas in i bärbara tyger, och används för att omvandla spillvärme till användbar el. Till exempel, vi kunde snart se termoelektriska t-shirts som fungerar som hjärt- och blodsockermätare, allt drivs av kroppsvärme ensam.

Tekniken kan frigöra vätgas potential som ett effektivt och koldioxidsnålt bränsle. Gasen är rikligt tillgänglig i vatten och producerar endast syre som en biprodukt när den extraheras. Dock, hittat ett sätt att göra detta billigt har hittills undvikit forskare. Vattenmolekyler kan delas upp genom en process som kallas fotokatalys, men metoden kräver ett material som absorberar mycket ljus, och vars energiegenskaper matchar väl med vatten. Nanoribbons förutspås ha exakt dessa egenskaper, liksom en hög ytarea som maximerar kontakt med vatten, vilket gör det till en lovande kandidat att knäcka väteproduktionsproblemet.

Uppmuntrande, fosforananoribon har redan navigerat stora hinder på vägen till kommersialisering. Att hitta en skalbar produktionsmetod som vår tar många år för de flesta nya material, och vissa ser aldrig dagens ljus. Tillagd till detta, fosfor är ett relativt rikligt och lätt extraherat material i jordskorpan. Och eftersom våra band redan bildas i vätskor, bläck eller färger kan enkelt produceras för att manipulera dem i stor skala med hjälp av billiga metoder som spraybeläggning eller bläckstråleutskrift.

Att producera dessa band är dock bara det första steget mot att revolutionera ovanstående teknik. Mycket forskning måste nu utföras för att testa teoretiska förutsägelser, och undersöka i vilken utsträckning bandens egenskaper kan skräddarsys för specifika tillämpningar. Som Teflons 20-åriga resor, litiumbatterier, och kardborreband visa oss, vägen från upptäckt till användning kan vara lång. Men med att samhället alltmer går bort från fossila bränslen, vi förväntar oss att den vägen snart kommer att vara välbesökt.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.