Grafeen zkt toepassingen

Vergeet ‘speerpunt’ en ‘excellence’. Het nieuwe buzzword van de Europese Commissie voor haar beleid rond R&D is ‘flagship’. Het eerste vlaggenschip dat te water is gelaten, heet grafeen.

Op maandag 28 januari werden in Brussel met veel poeha de twee eerste Future Emerging Technology-projecten, oftewel ‘flagships’, voorgesteld: het menselijk brein en grafeen. Elk vlaggenschip krijgt een looptijd van tien jaar en een budget van één miljard euro. Het doel: alle beschikbare middelen en mensen in de Europese Unie inzetten om het onderzoek in de gekozen vakgebieden naar wereldniveau te tillen, en vooral: de daaruit voortvloeiende kennis en toepassingen te commercialiseren.

Officieel heeft het grafeenonderzoek als doel ‘dit revolutionaire materiaal vanuit het laboratorium beschikbaar te maken voor de samenleving, om revolutionaire nieuwe inzichten in verschillende industriële bedrijfstakken te introduceren en zodoende binnen Europa economische groei en nieuwe banen te creëren’, aldus het persbericht van de Nederlandse Stichting voor Fundamenteel Onderzoek van de Materie (FOM). FOM was en is bijzonder actief in het grafeenonderzoek. Als beloning daarvoor mogen twee FOM-medewerkers elk een ‘werkprogramma’ van het gezamelijke Europese project leiden.
 

Vliegtuigen worden sterker, lichter en zuiniger

Eerst fundamenteel onderzoek
Naarmate het project vordert, zal de focus gaandeweg verschuiven van zuiver fundamenteel onderzoek in de richting van valorisatie en commercialiseerbaarheid van toepassingen. ‘De eerste dertig maanden vormen de ‘aanloopfase’ van het project’, zegt Herre van der Zand van de Technische Universiteit Delft, die het zevende werkprogramma zal leiden. ‘In die aanvangsfase zal fundamenteel onderzoek nog een belangrijke rol spelen. Bijvoorbeeld het werkprogramma ‘Sensor’, dat ik aanstuur, is nu nog relatief klein, maar zal in de tweede fase groeien en zich pas dan op toepassingen richten.’ Mogelijke toepassingen van grafeen zijn extreem gevoelige sensors, zowel voor licht-, elektriciteits- als (bio)chemische signalen.

Dan toepassingen
Het is een typische Europese jammerklacht: wetenschappers verbonden aan Europese universiteiten en instellingen produceren enorm veel nieuwe kennis, maar de valorisatie daarvan gebeurt veelal elders (lees: in de Verenigde Staten of in China, Japan en Zuid-Korea). Zo gaat het ook met het grafeenonderzoek.

Grafeen is een Britse uitvinding: in 2004 ‘trokken’ de Nederlander Andre Geim en de Rus Kostya Novoselov aan de universiteit van Manchester met een stukje plakband een laagje van het nieuwe materiaal van een stukje grafiet (want dat is grafeen eigenlijk: een laagje grafiet van één atoom dik). Sindsdien staat Europa aan de top wat betreft het aantal wetenschappelijke publicaties over grafeen (36%), maar van de ruim 2.200 patentenaanvragen voor toepassingen van grafeen komt slechts een minderheid uit de EU. Volgens Van der Zand is ook dat een van de kerntaken van het vlaggenschipproject. ‘Een van onze doelstellingen is om patentaanvragen binnen de EU te genereren.’

Tot zover de economische achtergrond, die bij dit soort grote projecten toch vaak de bovenhand haalt. Welke nieuwe toepassingen zal het grafeenonderzoek de komende jaren opleveren? ‘Ik verwacht revolutionaire toepassingen in verschillende vakgebieden, van de materiaalkunde over de micro-elektronica tot de geneeskunde’, zegt Van der Zand. ‘Sterke en uitermate flexibele materialen zitten er, dankzij grafeen, sowieso aan te komen.

Je kunt je wel indenken welke invloed dat zal hebben op het ontwerp en de constructie van vliegtuigen en andere vervoersmiddelen. Alles wordt sterker, lichter en daardoor ook zuiniger. Dankzij de supersnelle geleidbaarheid van grafeen worden compacte supercomputers mogelijk, zonder dat je moet teruggrijpen naar de steeds duurder wordende zeldzame aardmetalen. Ten slotte, en dan begeef ik me in mijn eigen vakgebied, zal grafeen uitzonderlijk gevoelige biosensors mogelijk maken. Sensors die het verschil tussen één molecule meer of minder in het bloed kunnen meten.’

Wat is grafeen?

De structuur van het kunstmatig geproduceerde materiaal grafeen is eenvoudig: een ‘gaas’ van koolstof van slechts één (koolstof)atoom dik. Grafeen is sterker dan diamant, soepeler dan rubber en het geleidt de elektrische stroom een miljoen keer beter dan koper. De mogelijke toepassingen laten zich moeilijker vangen in één zin. Een greep uit het oneindige scala: plooibare en doorzichtige touchscreens, supersnelle en goedkope computerchips, supergevoelige sensors, lichtere en zuinigere vliegtuigen, en ga zo maar door. Grafeen is al decennia lang bij wetenschappers bekend, maar pas in 2004 slaagden Andre Geim en Kostya Novoselov van de universiteit van Manchester erin een hoeveelheid van het wondermateriaal te produceren. Daarvoor kregen ze in 2010 de Nobelprijs.

Dit artikel verschijnt ook in Eos Weekblad op iPad
Elke vrijdag bieden we u een nieuwsgedreven weekblad, gelardeerd met beeld en geluid. De Eos-app kunt u gratis downloaden in de App-store van iTunes. Met die app haalt u de wekelijkse uitgaven gratis binnen.