Grafeeni ja hiilinanoputket

Grafeeni on yksikerroksinen hiiliatomeista koostuva hunajakennomainen hila. Se voi pyörähtää pallomaiseksi fullereeniksi, kaareutua putkimaiseksi nanoputkeksi ja kolmiulotteisena pinoutua grafiitiksi.

Grafeeni on mittoihinsa suhteutettuna yksi vahvimpia tunnettuja materiaaleja sillä sen vetolujuus on 200 kertaa suurempi kuin teräksellä. Sillä on myös erinomainen lämmönjohtavuus, jopa parempi kuin hiilinanoputkilla tai timantilla. Materiaalina ne voivat olla metallimaisia tai puolijohdetta.

Teoriassa esimerkiksi metallimaisten hiilinanoputkien virrankuljetuskyky on tuhat kertaa parempi kuin kuparin. Sisäisesti toisiinsa liittyneillä moniseinämäisillä hiilinanoputkilla on havaittu jopa suprajohtavuutta.

Vaikka grafeenista on valmistettu huippulaboratorioissa transistoreita ja jopa RF-sekoittimia ja logiikkapiirejä sekä optisia piirejä niin ensimmäiset käytännön sovellukset liittynevät anturointiin, akkuihin ja superkondensaattoreihin sekä lämmönjohteisiin.

Grafeeni on luonnostaan epäherkkä mutta sen herkkyyttä kemiallisena kaasuanturina voidaan parantaa ohuella kerroksella haluttua polymeeriä tai rakennevirheillä, jolloin se voisi tunnistaa jopa yksittäisiä molekyylejä.

Tämän hetken kuumin aihe on grafeeniset nanonauhat (GNR). Riippuen siitä kuinka nauhojen reunat ovat rakentuneet nauhat voivat olla joko metallisia tai puolijohteita. Sik-sak-reunaiset nauhat ovat metallisia kun taas nojatuolimaiset voivat olla metallisia tai puolijohdetta, riippuen nauhojen leveydestä.

Myös toisistaan eristetyillä useampikerroksisilla grafeenirakenteilla on havaittu kiinnostavia sähköisiä ominaisuuksia kuten kvanttitason hall-efekti ja tuunattava erergiarako. Grafeenilla on havaittu myös antibakterologisia ominaisuuksia.

Grafeenin lisäksi kaksiulotteisena on laboratorioissa tuotettu myös kaksiulotteisia sulfideja ja boorinitrideitä sekä grafeeniin tukeutuen myös amorfista materiaalia eli kaksiulotteista lasia.