Framtidens Industri 1
GRA FEN Till exempel skulle snabb och kompakt opt
oelektronik baserad på grafen kunna möjliggöra högpresterande optiska kommunikationssystem. Driver på utvecklingen Grafen driver också på utvecklingen av teknik för produktion och lagring av energi, som solceller, batterier, och superkondensatorer. Till exempel kan man med hjälp av grafen förlänga livslängden och höja verkningsgraden hos perovskitsolceller, som kan placeras på i stort sett vilken yta som helst. Samtidigt går det genom att använda grafen i elektroderna att tillverka litiumjonbatterier med högre energilagringskapacitet. Ett annat användningsområde för grafen är i nästa generations kompositmaterial och ytbeläggningar. Utöver att göra kompositmaterial starkare och lättare kan grafen även ge dem fler funktioner. Det kan därför få en avgörande roll inom såväl bilindustrin som flygindustrin, rymdindustrin och byggindustrin. Till exempel går det att göra tunnare och lättare flygplansdelar med samma eller bättre funktionalitet, vilket resulterar i lägre bränsleförbrukning och minskar både kostnaderna och koldioxidutsläppen. Som tillsats i ytbeläggningar kan grafen bland annat användas för att förhindra att fartyg rostar och för att göra byggnader väderbeständiga. Film eller flagor En förutsättning för att grafen ska kunna lämna laboratoriet är att det kan tillverkas i stor skala. Forskarna har därför tagit fram ett antal metoder för att tillverka grafen, antingen i form av film eller flagor, på ett billigt, effektivt och skalbart sätt. Vilken tillverkningsmetod som lämpar sig bäst beror till stor del på vad grafenet ska användas till. För tillämpningar inom elektronik krävs oftast grafen med mycket hög renhetsgrad och kvalitet. Detta kan åstadkommas genom kemisk ångdeponering (CVD), där metan förångas och kolatomerna deponeras i ett hexagonalt mönster på ett kopparsubstrat. Den resulterande grafenfilmen kan sedan överföras till andra underlag som kisel eller plast. För tillämpningar som elektriskt ledande bläck och kompositmaterial, där det fungerar bra med grafenflagor, kan bland annat vätskebaserad exfoliering (LPE) användas. Vid vätskebaserad exfoliering utsätts grafit i ett flytande medium för till exempel ultraljud för att separera lagren i grafiten från varandra. Europeiskt flaggskeppsprojekt EU-projektet Graphene Flagship, som sedan 2013 drivs från Chalmers, är ett initiativ som har siktet inställt på att få ut grafenbaserad teknik från laboratoriet och få in den i kommersiella tillämpningar. Projektet, som har närmare 170 akademiska och industriella partners från 22 länder, tog i oktober 2020 ett stort kliv framåt då EU-kommissionen investerade 20 miljoner euro i utvecklingen av en pilotlinje för tillverkning av elektronik, optoelektronik och sensorer baserade på grafen. Den experimentella pilotlinjen 2D-EPL (2D Experimental Pilot Line), som är den första i sitt slag och planeras vara i full drift till 2024, ska hjälpa europeiska företag, forskningscenter och akademiska institutioner att tillverka elektroniska enheter baserade på grafen och andra tvådimensionella material i pilotskala. Målet är att demonstrera hur man kan tillverka och skala upp tillverkningen av dessa enheter, vilket är ett viktigt steg på vägen mot fullskalig produktion. - Det finns nu gott om prototyper av elektroniska enheter baserade på 2D-material som överträffar nuvarande teknik. För att få ut dessa enheter på marknaden måste vi utveckla verktyg och designhandböcker för att möjliggöra tillverkning som är kompatibel med standarder inom halvledarindustrin, säger Cedric Huyghebaert, som är teknisk chef för 2D-EPL. Batteriteknik kommersialiseras Graphene Flagship lägger också stor vikt vid industriledda spjutspetsprojekt för att utveckla en mängd andra prototyper baserade på grafen till kommersiella produkter. Det tvådimensionella materialet grafen, som består av ett endast en atom tjockt lager av kolatomer, skulle tack vare sina unika egenskaper kunna revolutionera den tekniska utvecklingen inom en mängd områden. Förutom att det är extremt tunt och lätt är det också mycket starkt, samtidigt som det är böjbart, töjbart, genomskinligt och leder både elektricitet och värme mycket bra. Illustration: SIO Grafen 58 FRAMTIDENS INDUSTRI 4 2021