Viie aasta eest Inglismaal avastatud kogu universumi kõige õhem materjal grafeen on teadusringkondadesse toonud tõelise buumi. Rongilt pole maha jäänud ka eestlased - Tartu teadlased said viieks aastaks 7,5 miljonit krooni, et töötada välja uusi materjale ning grafeenil põhinev ülitundlik gaasisensor.
Tartu Ülikooli füüsika instituudi vanemteadur Harry Alles ei välista, et uue materjali taustal võib praegune ränil põhinev tipptehnoloogia olla juba 15 aasta pärast ajalugu. «Grafeeni on väga lihtne ja odav toota, samas on ta väga tugev ja toatemperatuuril kõige parem elektrijuht.»
Puhtast süsinikust koosnev ülitundlik kuid terasest 200 korda tugevam grafeen on olnud kogu aeg meie ümber, kuid selle avastamiseni jõudsid Andre Geim ja Konstantin Novoselov ühes Manchesteri laboris alles 2004. aastal. Alles ise sünteesis grafeeni esmakordselt Helsingis 2007. aastal. 2008. aastast katsetab ta materjali Tartu Ülikoolis.
Olgugi, et grafeeni teemaga seotud artiklid on jõudnud viimaste aastate jooksul alatasa maailma mainekamate teadusajakirjade esikaantele, võib seda materjali toota igaüks kasvõi omas kodus.
«Tunneme ju kõik pliiatsit, mille tera koosneb grafiidist. Grafiidis on aga grafeenikihid üksteise peal.» Nii võib pliiatsiga paberile joont tõmmates või selle teraga liimteipi puudutades jääda selle pinnale väikesemõõtmeline grafeenikiht.
«Olete saanud kogu universumi kõige õhema materjali, mis on ühe aatomi paksune. Süsinikaatomeid hoiab koos kovalentne side, mis on kõige tugevam keemiline side.»
Kui algul arvati, et avastus pole stabiilne, ei püsi sirge pinnana, vaid tõmbub kerra või rulli, osutus see hüpotees uurimise käigus vääraks. Imeväikesed nanomeetri pikkused lained hoiavad pinda stabiilsena.
«Üks tähelepanuväärsemaid grafeeni omadusi on tema laengukandjate väga suur liikuvus toatemperatuuril, mis on oluliselt suurem kui praegu elektroonikatööstuses laialdaselt kasutusel oleval ränil. Mõõtmised on näidanud, et grafeen talub kuus suurusjärku kõrgemaid voolutihedusi kui vask,» selgitas Alles.
Seni teadaolevatest on grafeen toatemperatuuril kõige parem elektri juhtija. Lisaks juhib grafeen väga hästi soojust ja on keemiliselt inertne ning kõigile gaasidele läbitungimatu.
Aasta eest ehitasid teadlased valmis esimese grafeenist transistori, kuid selle võimalike kasutusalade loetelu on lõputu. Allese hinnangul aitab grafeen tulevikus luua uudseid päikesepatareisid, läbipaistvaid materjale, ülikiireid arvuteid ning aitab teadlastel tõestada ka üha uusi kvantteooriaid.
Tartu Ülikooli tahkisetehnoloogia professori Jaan Aariku sõnul peaks uurimistulemuste rakendamine tulevikus kindlasti kaasa aitama uute nanotehnoloogia alal tegutsevate firmade loomisele Eestis. Pikemas perspektiivis on TÜ füüsika Instituudil plaanis välja töötada näiteks grafeenil põhinevad ülitundlikud gaasisensorid.
* Koostöös Helsingi Tehnikaülikooli Külmalaboriga alustati grafeeniuuringutega Tartu Ülikooli füüsika instituudis 2008. aastal, kui professor Jaan Aariku juhitavas
kiletehnoloogia laboris sünteesiti grafeeninäidiste pinnale üliõhukesi, vaid mõnekümne nanomeetri paksuseid metalloksiidide kihte. Saadud unikaalsete
struktuuride omadusi on uuritud Ilmo Sildose ja professor Väino Sammelselja töörühmades.
* Euroopa Sotsiaalfond toetab grafeeniuuringuid Tartu Ülikoolis teadlasmobiilsuse programmi «Mobilitas» raames 7,5 miljoni krooniga.
* Milliseid grafeeniuuringid täpsemalt Tartu Ülikoolis tegema hakatakse, sellest räägib Harry Alles 10. septembril kell 16.15 füüsika instituudis.