En dos väte eller helium kan göra ”supermaterialet” grafen mer användbart, visar fysiker vid Linköpings universitet.

Stora förväntningar ställs på grafen, vars extrema egenskaper hänger på att det består av ett enda lager kolatomer. Men attraktionskrafter mellan atomerna gör att lagren dras till varandra. En lösning på problemet är att pumpa in vätgas mellan lagren.

Forskarnas beräkningar, som presenteras i den högt rankade tidskriften Physical Review A, visar att vätet vid en viss koncentration påverkar de atomära van der Waals-krafterna att bli repulsiva i stället för attraktiva. Följden blir att grafenskikten stöter bort varandra och svävar fritt med några nanometers mellanrum (ett exempel på så kallad kvantlevitation).

Professor Bo E. Sernelius, som genomfört studien tillsammans med sin förre doktorand Mathias Boström, pekar på flera möjliga tillämpningar av upptäckten:

• Lagring av vätgas som fordonsbränsle.

• Framställning av enstaka grafenlager genom att skala av dem från en trave som fått växa på ett underlag av exempelvis kiselkarbid, en metod som utvecklats vid Linköpings universitet.

• Repulsiva krafter är idealiska för tillverkning av friktionsfria komponenter i nanostorlek, till exempel robotar och sensorer för medicinska ändamål.

I den aktuella studien utgick forskarna från två odopade skikt av grafen på ett substrat av kiseldioxid (silica). I utgångsläget är van der Waalskraften attraktiv och tvingar skikten närmare varandra. Men när atomär vätgas tillsätts uppstår i stället repulsiva krafter. En liknande effekt observerades med andra gaser, molekylär vätgas (H₂) och helium.

Grafen är ett tvådimensionellt material vilket innebär att det har mycket speciell karaktär – det är töjbart, genomskinligt, starkare än diamant och har en överlägsen förmåga att leda elektrisk ström. 2010 fick André Geim och Konstantin Novoselov nobelpriset i fysik för att de för första gången lyckats framställa stabila flagor av materialet.

Artikeln Repulsive van der Waals forces due to hydrogen exposure on bilayer graphene är författad av Mathias Boström och Bo E. Sernelius och finns publicerad i Physical Review A 85:1, 11 januari 2012.

Filed under: SvenskTeknik