Samarbete skapar sekel

Det finns innovatörer där ute. Uppfinnare. Forskare. Entreprenörer. Som väntar på att en tillämpning ska bli så pass mogen att vi kan säga att startskottet för grafen har avlossats. Den tidpunkt när det lossnade. Som vi om ett halvt sekel kan försöka minnas vilket år det var.

Dödens dal närmar sig för grafen. Eller är vi där? Vad får grafen att bli ett material som överlever tillräckligt länge för att vi en dag ska säga att det alltid varit en vinnare?

Det är du och jag. Vi. Människan. Tillsammans. Det är människorna som driver grafen framåt. Vår nyfikenhet, envishet och viljan att vara tillsammans. Samarbete ger vinnare. Inte ensamvargarna.

Ännu ett nytt år med grafen

År 2016 infinner sig. Grafenaktiviteter pågår. Ännu en sportartikel på marknaden. När kommer något som är till nytta för mig? Jag som inte sportar.

Vad är det man säger? Djur vet? Kanske tänker katten så. Kanske tänker du och jag så.

Två omgångar av projekt inom grafenprogrammet i Sverige. Ett tredje på väg. Ännu har ingen svensk produkt kommit på marknaden. Men innovatörerna kämpar på. De flesta vet att det är ihållighet som gäller för att lyckas. Idag är det en skugga av att lyfta, men en dag finns det där.

Att slitas mellan människa och grafen

Grafen är ett material. Genom tiderna så har det alltid tagit lång tid för material att utvecklas och nå en marknad. På vägen finns det många förhoppningar, och lika många besvikelser.

Detta lilla material har stora förväntningar på sina axlar. EU har gjort stora planer för hur grafen ska gå till en marknad. Visserligen kommer redan de första enkla produkterna, men det stora genombrottet ligger framför oss.

Utvecklingen av grafen drivs av människor. Människor har ofta förväntningar på varandra. De vardagliga kraven sliter på banden. Och i långt värre fall upplever vi hur människans grymhet mot varandra kan te sig i de mest vidriga former.

Grafen slits mellan att forskarnas vilja att i detalj förstå dess naturvetenskapliga struktur och människans önskan att materialet ska vara en del i vår vardag. Men grafen kämpar och spinner vidare på sin framtid. Det är upp till oss att anpassa vår förståelse till materialet. Liksom vi borde göra med människorna omkring oss.

Världen är stor även inom nanoteknik

Grafen är väldigt tunt. Endast ett lager av kolatomer som breder ut sig i ett enda plan. Mer nanomaterial än så kan man knappast få. Och ändå vilar världens förhoppningar på axlarna av det atomtjocka skiktet efter att materialet resulterade i nobelpriset i fysik 2010. I Europa seglar grafenskeppet för full flagg med hjälp av en miljard euro i forskningsfinansiering. I hamnen långt bortom horisonten ska materialet användas dagligen av oss medborgare. I Sverige har grafen blivit antagen som ett av elva strategiska innovationsområden.

Med så många och olika unika egenskaper så är förväntningarna stora. Hur kan ett enda material uppfylla förhoppningarna om teknik med förbättrad prestanda och fler användningsområden mot vad vi har idag? Ensam är stark?

Nej, det räcker inte ens att vara världens starkaste material. Grafen är bara ett av flera nanomaterial. Redan nu förutspår nobelprisforskarna och andra forskare att kombinationer av nanomaterial – med varje enskilt material i ett enda lager – kommer att arbeta tillsammans.

Det är en börda att bära framtiden på sina axlar och samtidigt bidra till att lösa den enorma klimatutmaning som vi befinner oss i. Världen och utmaningarna delar vi människor och nya material tillsammans med växter och djur. Världen är stor, och vacker, hur enfaldigt vi människor än påverkar den.

Ett andetag som aldrig kommer

En del av det mörka

Vi fick veta anledningen till de plötsliga smärtorna. “Cancer” – ordet skär sig genom våra sinnen, det går rakt igenom utan att fastna. Vi förmår inte att förstå. Själva ordet är ju förknippat med döden och att inse innebörden av det omvälvande beskedet känns omänskligt svårt.

Tröttheten drar krafterna ur kroppen. De sinar långsamt utan att fyllas på och orken tryter. Smärtorna som tidigare kändes hanterbara blir intensiva. Det blir allt längre mellan utflykterna från sängen eller soffan. Till sist tar krafterna slut, smärtan blir för stark och ömma händer av vårdande änglar tar vid.

Ögonen öppnas och andningen blir intensivare. Andetagen saktar av, de blir långsammare, långsammare och långsammare. Vi gör vad vi orkar för att visa vår kärlek, vi smeker händerna, vi stryker pannan och kysser kinderna, vi viskar orden när rösten bär. Till slut väntar vi på ett andetag som aldrig kommer.

Jag sitter och läser när vemodet kommer till mig som om himlen öppnat sig och lösgjort mänsklighetens all inneboende sorg över mig. Barnen kommer undrandes till mig och jag ser upp med ögon fyllda av drunknande tårar: “Åh mina älskade barn, jag gråter… jag gråter för att få bort en del av det mörka”.

Ovan är ett utdrag ur inledningen till en roman som jag inte gett ut. Den uppstod från ett behov att lösgöra allt som jag inte förstod eller orkade med. Hoppet är ett virvlande löv som vi anhöriga försöker fånga i mörka höstvindar.

I dagarna läste jag om forskare som kunnat se enstaka cancerceller med hjälp av en optisk metod och grafenoxid. Forskning för snabbare elektronik, lättare flygplan i all ära, men vissa områden önskar jag kunde få fler möjligheter än andra.

Motionera utan grafen

Forskning med kommersialiseringspotential är en intressant men knepig aktivitet. Det är svårt att avgöra när det är dags för en industri att satsa. Det kan vara för tidigt, eller för sent. Eller rätt i tid. Vi vet alla att tid är viktigt. Vare sig det gäller att utnyttja den eller att njuta av den. Eller varför inte att kombinera att utnyttja både tid och njutning.

Idag finns bara ett svenskt företag med en produkt baserad på grafen. Den svenska grafenagendan som kom igång förra året siktar på att inom ett par år ha ett tiotal företag som börjat satsa rejält och utveckla tillämpningar baserat på grafen. Förhoppningen är att ett par företag kanske till och med har introducerat ett par svenska grafenprodukter på marknaden.

Idag kan den motionärsintresserade köpa ett tennisracket med grafen. Genom att tillföra grafenflagor så blir det lite ändring i vikt och styrkefördelning. Det kanske räcker för att bli lite bättre tennisspelare. Men å andra sidan kan ett gammaldags racket ge oss vardagsmotionärer mer motion. Jag funderar på att om jag nu skulle ha ett bra grafenracket, skulle jag i så fall behöva tillbringa längre tid på tennisbanan för att få samma utväxling av träningen? Men eftersom jag ofta hellre njuter av tiden istället för att motionera så kommer jag inte att få svar på den tanken.

Att njuta av tid ger oplanerade tankar som dyker upp. Vilka produkter kommer härnäst? Som får oss att spara tid, eller göra mer på samma tid. Kan det vara med svenska produkter? Eller är svensk industri redan sent ute när grafenflaggskeppet har påbörjat sin seglats? Den svenska representationen kunde varit större i grafenflaggskeppets första utlysning om nya projekt. Kanske saknar företag egna resurser.

Men nu finns det möjlighet att få hjälp. Företag kan vända sig till Graphene Innovation Lab vid Chalmers för att få hjälp med material eller processning. Förhoppningsvis kan det leda till svenska produkter baserade på grafen som gör vår vardag snabbare. Men utan att vi förlorar tid för att vi gör mer. Redan idag finns oroväckande tendenser när vi ser människor som rusar fram i livet samtidigt som de tittar ner på sin smarta telefon. Grafenskeppet kommer att segla även om vi själva stannar upp och tar pauser. Med våren nyvaken så finns en mängd upplevelser att fröjdas av från växande gräs och knoppande blomster. Att klippa gräsmattan ger en motion och upplevelse som grafenmotionärer aldrig får ta del av.

Grafen ett busfrö

Många innovationer har uppkommit genom att någon har lekt eller vågat testa. Grafen är ett ypperligt exempel för detta. Det är svårt att tro att ett nobelpris i fysik gick till två forskare som använde vanlig tejp för att rycka loss en flaga av grafen från en klump av grafit. Som om de skulle fått belöning för sitt bus.

Visionerna om användningen av grafen överstiger alla gränser. I många fall handlar det om att någon har missuppfattat egenskaperna och sätter det i fel sammanhang. Grafen är 200 gånger starkare än stål. Men det betyder inte att det går att bygga hus med grafen. Däremot kan styrkan användas i nanotekniken.

Elektronerna hos grafen är 100 gånger snabbare än elektronerna i kisel som används inom elektronik idag. Hastigheten är bara 300 gånger mindre än ljushastigheten. Samtidigt får elektronerna unika kvantmekaniska egenskaper genom att de har ingen massa. Våra vanliga regler slutar att fungera.

Man kan göra en analogi med att åka bil på motorvägen. Där är hastighetsgränsen 110 kilometer i timmen. Det tar en dag att åka från Göteborg till norra Sverige. Men vi kan använda vår grafenmagi och ge bilarna unika egenskaper som att de kan färdas 100 gånger snabbare och utan att köra i diket. Då skulle göteborgarna kunna åka och köpa tidningen Norrländskan, och hem igen innan kaffet puttrat klart till frukost.

Men våra bilar har inte de egenskaperna och grafen har en lång väg kvar innan materialets unika egenskaper kan komma till användning i praktiken. Grafen är fortfarande ett barn som måste växa. För att ta till vara på möjligheterna hos grafen så att de blir till produkter i vår vardag, så måste forskare och entreprenörer tänka framåt, och utan vanliga gränser. Och gärna se till att busa och ha roligt på vägen för då blir möjligheterna bara fler.

Dags att lyfta ?

I februari samlades nära hundra grafenforskare till den första konferensen i regi av grafenflaggskeppet, EUs storsatsning på en miljard euro till grafen. Siktet är att grafen ska gå från forskning till att verkligen bli använt i vår vardag.

På konferensen i Lanzarote syntes de första tendenserna. Vissa forskargrupper presenterade sina insikter om hur material ska produceras i större skala. Det handlar inte längre om den grundläggande mekanismen hur materialet växer, utan fokus går mot produktion i volymer. Visserligen finns det en mängd fysik även i hur man framställer material i volymer, men den första förändringen har kommit. Samtidigt kommer allt fler demonstrationer på enkla komponenter. De första stapplande barnastegen mot en industrialisering. Vi närmar oss svaret på frågan: ska grafen lyfta?

Grafen kan ge ett svenskt innovationsprogram

Strategiska innovationsprogram ska stödja genomförandet av forsknings- och innovationsagendor som är av störst vikt för Sverige. Idag har fem agendor beviljats stöd. Nu tävlar ytterligare 18 agendor om stöd. Ett av dem är grafen.

Den svenska grafenagendan är utvald som en av 18 agendor som sållats ut från 33 ansökningar. Arbetet med grafenagendan har pågått sedan mitten av 2013, och tog god fart efter en workshop i september där cirka 80 deltagare från ett 50-tal företag deltog. Nu söker grafenagendan företag som är intresserade av grafen, och som till att börja med vill visa intresset genom ett stödbrev.

Det är fascinerande att se utvecklingen av grafen. Redan 2001 påbörjades utvecklingen av den process som utvecklats vid Linköpings universitet för att tillverka grafen på kiselkarbid. Först för tunna filmer av högkvalitativ grafit, och 2005 observerades ett lager av kolatomer första gången. Nu finns Graphensic som säljer grafen på kiselkarbid, och vi får tillfälle att följa den svenska grafenutvecklingen på nära håll genom grafenagendan.

Den 7 mars skickas ansökan in om stöd till den svenska grafenagendan.

När det är bättre att inte vara perfekt

Egenskaper är viktigare än perfektion. Det vet de flesta av oss som har genomgått perioden som guldkantas i form av ungdomsåldern, och inträtt i det som man kan kalla en mogen ålder. Inget är perfekt, ingen är perfekt och det finns en tillfredsställelse i att allt bara fungerar hellre än toppar prestandan. Det gäller även för material.

Trots alla sina egenskaper så är grafen inte magnetiskt. Att vara magnetisk och samtidigt vara ett material för elektronik är en intressant kombination eftersom man kan göra spinnelektronik. Dagens transistorer baseras på att en elektron rör sig från en punkt till en annan. Elektronen är laddad och funktionen hos transistorn handlar om att elektriska laddningar rör sig. Om det finns andra laddningar, eller defekter, så reduceras förmågan att röra sig, och transistorn fungerar mycket sämre eller inte alls.

Alla elektroner har ett spinn, de snurrar åt olika håll. Det finns en önskedröm om att använda elektronens spinn för att transportera information istället för att använda laddningen. Elektronens spinn baseras på kvantmekaniska effekter och kan ändra sig väldigt snabbt när den ska rotera åt ett håll eller i motsatt riktning. Forskare beskriver det som att de har ett spinn upp eller spinn ner. Förenklat kan man se varje håll som att elektronen snurrar som en etta eller nolla, och dessa tillstånd används för att transportera eller spara information. En kombination av många ettor och nollor kan bygga upp en stor mängd information.

Det går mycket snabbare att ändra riktningen på ett spinn än att transportera laddning. Om man exempelvis tänker sig en linje av människor som står på rad. En person har en information i sin hand, exempelvis en bok. Om den personen skulle vilja gå till slutet av kön med boken (transportera information), så tar det en viss tid eftersom det kan finnas saker i vägen, som för elektronen skulle motsvara andra laddningar eller defekter. Det skulle gå mycket snabbare om personen istället ger boken till nästa person i kön, som i sin tur ger den vidare och detta upprepas tills boken (informationen) nått den sista personen. För elektronen skulle det gå snabbare om spinnet förs över till nästa elektron för att transportera information, och detta skulle kunna användas som en ny typ av transistor. Inom forskningen är detta ett område som kallas spinnelektronik.

Material som används inom elektronik är oftast inte magnetiska. Den mesta av forskningen handlar om att tillföra magnetiska metaller till elektronikmaterialet, och på så sätt få ett nytt (magnetiskt) material. Grafen som är perfekt har en enorm bredd av unika egenskaper, men är inte magnetiskt.

Forskare försöker då att ändra på materialet genom att ändra på enstaka kolatomer i grafen. Genom att antingen ta bort kolatomen från grafenytan, eller genom att modifiera kolatomer, så uppstår en oregelbundenhet. För varje kolatom som modifierats så kan det uppstå magnetiska moment, som man vill använda som en magnetisk film istället för en omagnetisk film av perfekt grafen. Defekter i grafen har därmed skapat nya egenskaper som är mer attraktiva än som man får i ett perfekt material.