Zelf kristallen maken van het wondermateriaal grafeen

Foto Shou-En Zhu

Het tweedimensionale wondermateriaal grafeen houdt natuurkundige Victor Calado (1981) al vijf jaar bezig. Hij promoveert deze week op onderzoek aan ‘nano-apparaatjes’ van grafeen.

Gegrepen door grafeen?

Calado: „Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen, in een structuur die lijkt op kippengaas. Het is het dunste materiaal dat er is. Elektronen bewegen er heel snel doorheen, ze gedragen zich massaloos, als lichtdeeltjes. Bovendien is grafeen tien keer sterker dan staal, transparant, en buigzaam.”

Twee grootmeesters leerden je de kneepjes?

„In 2008 heb ik stage gelopen in het lab van Andre Geim en Kostya Novoselov. Zij kregen in 2010 de Nobelprijs voor de ontdekking dat een enkele laag grafeen met een plakbandje van een blokje grafiet los te trekken is. Grafiet kent iedereen. Als je schrijft met een potlood, wrijf je laagjes grafeen op het papier. Met de plakbandmethode kun je zo’n ultradun laagje grafeen op een glasplaatje leggen en bestuderen. Dat is fenomenaal. Na die ontdekking stortten veel onderzoekers zich erop.”

Hoe prik je een gaatje in nanokippengaas?

„Ik leg het grafeen op een drager, over een opening van pakweg vijf micrometer doorsnede. Een haar is vijftien keer zo dik. Met een elektronenmicroscoop schieten we koolstofatomen weg uit het ‘kippengaas’. Zo krijg je een gaatje van 5 nanometer, nog 1.000 keer kleiner dan het gat in de drager. Door dit nanogaatje hebben we geladen deeltjes laten stromen, waaronder ook DNA-moleculen. Dit is een eerste stap naar een nieuw apparaat om de volgorde van bouwstenen in DNA te kunnen bepalen.”

Kun je ook grote plakken grafeen maken?

„Plakband-grafeen kun je niet op industriële schaal toepassen. Er bestaat ook een manier om het zelf te maken. Daarbij damp je waterstof en methaan op koperfolie. Dan groeien op het folie grafeenkristallen, als ijskristallen op een ruit. Zo kun je een laag grafeen maken die zo groot is als je koperfolie.

„Over opgedampt grafeen is nog weinig bekend. Ik heb ontdekt dat elektronen zich daarin even goed lijken te gedragen als in de natuurlijke variant. Dat is fijn, want het werkt veel eenvoudiger als je het gecontroleerd kunt maken. Bovendien kun je de productie opschalen.”

Binnenkort supersnelle grafeencomputers?

„Nee. Daarover werd gespeculeerd, maar het grote probleem is dat je de stroom in grafeen niet kunt uitzetten, zoals dat in silicium kan. Je kunt het dus niet gebruiken in een processor. Maar er zijn veel andere interessante toepassingen. Samsung heeft bijvoorbeeld onlangs een prototype touchscreen van grafeen gemaakt. Barsten in je mobieltje zijn dan verleden tijd. De Europese Commissie heeft in januari een miljard euro gereserveerd voor het Flagship-project met het doel om de komende tien jaar grafeentoepassingen naar de markt te brengen.

Niki Korteweg

Victor Calado verdedigt zijn proefschrift ‘Graphene Nanodevices’ op vrijdag 13 september 2013 om 12.30 uur aan de TU Delft.