Materjal, mis võib tuua paberõhukesed ekraanid

Pilt meenutab last, kes vanemate kirjutuslaua taga kleeplindiga mängib. Tegelikkuses sünnib nii materjal, mida maailma materjaliteadlased peavad hetkel kõige paljulubavamaks.

Nii sünnibki grafeen, kõige õhem materjal maailmas, mis vaigistas süsiniku nanotorukeste buumi ning algatas uue: grafeenibuumi.

Kuidas grafeeni tööstuslikult, ilma liimilindi abita toota, selle probleemi kallal töötavad hetkel paljud teadlased üle kogu maailma ja probleemi lahenduseks leitud meetodeid on mitmeid.

Tartu Ülikooli füüsikainstituudi vanemteadur Harry Alles ütleb, et grafeenibuumil on põhjust küll ja küll. Esiteks on vaid süsiniku aatomitest koosnev grafeen kõige õhem materjal – seda on võimalik teha vaid üheainsa aatomikihi paksusena.

Teiseks on grafeen ka ülitugev, terasest 200 korda tugevam. Ka on grafeenis laengukandjad äärmiselt liikuvad, mis on selge eelis praegu elektroonikatööstuses laialdaselt kasutuses oleva räni ees. Grafeen kannatab kuue suurusjärgu kõrgemaid voolutihedusi kui vask ning lisaks juhib see materjal väga hästi soojust.

Tagasi kodumaal

Harry Alles on pärast 19 aastat tagasi Tartus. Helsingi tehnikaülikooli külmalaboris uuris ta viimase 10 aasta jooksul heeliumkristallide omadusi. Need eksisteerivad ülimadalatel temperatuuridel ja kõrgetel rõhkudel, vaid laboritingimustes.

1990ndate keskel töötas ta aga järeldoktorina Manchesteri ülikoolis samas laboris, mis 2004. aastal maailmale grafeeni avastamisest teatas. „Tulin vist natuke liiga vara ära sealt,“ naljatleb ta nüüd.

Nüüd on Alles Tartus, et siin viia edasi grafeeniuuringuid, mis eelmisel aastal ühendati tartlastele juba maailmas nime teinud aatomkihtsadestustehnoloogia uuringutega. Eesmärgiks on kanda grafeenile aatomkihtsadestamise abil üliõhukesi isolaatorkihte, mis võimaldaks teha elektroonikarakendusi, milliseid maailm veel praegu ei tunne. Katsed hafniumoksiidiga on andnud juba esimesi lootustandvaid tulemusi ja Tartu materjaliteadlased on juba saanud endale koostööpartneriteks mitmeid Euroopa juhtivaid grafeeniuurimisrühmi.

Kuid konkurents on tihe, grafeeni rakendamise võimalusi uurivad teiste hulgas sellised tehnoloogiahiiud nagu Intel ja IBM ning põhjanaabrite Nokia.

„Grafeenist võiks teha näiteks ülitundlikke sensoreid, mis oleksid võimelised registreerima vaid ühtainust molekuli,“ toob Alles näite. Samuti näeb ta võimalust kasutada grafeeni päikesepatareide läbipaistvate kontaktide valmistamiseks ning muidugi kõikvõimalike elektroonikaseadmete juures, mille puhul grafeen aitaks üheaegselt tõsta oluliselt nende toimimise kiirust ja vähendada märgatavalt mõõtmeid.

„Hetkel on grafeenil põhinevaid rakendusi maailmas vaid üksikuid ja nišialadel, aga samas tõesti suured, maailma elektroonikatööstuses tooniandvad läbimurded ei pruugi olla ajaliselt väga kaugel. Siiski, näiteks grafeenil põhinevatel transistoritega ülikiireid arvuteid ei ole tõenäoliselt oodata enne 10-15 aastat,“ ennustab Alles.

Vaata videot grafeeni võimalike rakenduste kohta.