Enkele van de meest heerlijke stukjes uit de Harry Potter-films betreffen de voorpagina van de Daily Prophet, de tovenaarskrant met foto's die bewegen als gifs.
"In Harry Potter is dat magisch", zegt Jonathan Coleman, een materiaalwetenschapper aan het Trinity College Dublin. "Maar voor ons is dat technologie."
Coleman en zijn team hebben de allereerste geprinte transistors gemaakt die volledig uit 2D nanomaterialen bestaan. Met andere woorden, ze hebben volledig platte elektronica gemaakt die mogelijk extreem goedkoop kan worden afgedrukt. Deze gedrukte elektronica kan een willekeurig aantal toepassingen hebben. Ze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om traditionele prijsetiketten in een supermarkt te vervangen. In plaats van dat een medewerker met een etiketpistool rondloopt en de prijzen verandert, kunnen elektronische etiketten zichzelf automatisch bijwerken. Ze kunnen paspoorten maken die zichzelf vernieuwen, of wijnflessen die u vertellen wanneer ze worden opgeslagen bij een te warme temperatuur. Net als in het Harry Potter-scenario kunnen ze worden gebruikt om bewegende kranten, posters en boekjassen te maken.
Coleman ziet deze technologie samengaan met Internet of Things om zelfs de meest gewone items verbonden te maken. Uw melkpak heeft nu een internetverbinding via het label en spreekt rechtstreeks met uw smartphone om u te vertellen wanneer het begint te raken of slecht wordt. Uw slaapkamerraam kan continue weersupdates bieden.
"Als je elektronica heel goedkoop kunt afdrukken, kun je je dingen voorstellen die bijna ondenkbaar zijn, " zegt Coleman.
Gedrukte elektronica bestaat al ongeveer 30 jaar in een bepaalde vorm. Het voordeel dat deze nieuwe transistors hebben ten opzichte van oudere gedrukte elektronica heeft te maken met hun bouwmaterialen. Hoewel de meeste gedrukte elektronica is gemaakt van polymeren, is deze nieuwe uitvinding gemaakt van grafeen. Grafeen, een veel zoemend nanomateriaal, is een tweedimensionaal honingraatrooster van koolstof dat slechts één atoom dik is. Het is sterk, licht en een extreem goede geleider, plus - en misschien nog belangrijker - het is goedkoop.
"Het is gemaakt van grafiet en grafiet is gewoon iets dat uit de grond is gegraven", zegt Coleman.
Behalve goedkoper is de nieuwe 2D-geprinte elektronica veel betere kwaliteit dan de huidige versies, zegt Coleman. Bestaande typen hebben een aantal prestatiebeperkingen die te maken hebben met stabiliteit en energieconversie.
De transistoren werden geprint met grafeen-nanosheets als elektroden, met wolfraam-diselenide en boriumnitride (twee andere nanomaterialen) als de andere delen van de transistor. De nanomaterialen worden geproduceerd in vloeistof, een methode ontwikkeld door Coleman. De resulterende nanobladen zijn vlak en (relatief) breed en kunnen afhankelijk van het materiaal geleidend, isolerend of halfgeleidend zijn.
Het onderzoek werd deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Science .
Coleman schat dat het nog zo'n tien jaar kan duren voordat producten met deze technologie goed genoeg zijn om op de markt te komen. Dit is een relatief korte tijdlijn, zegt hij, omdat er zoveel wereldwijde interesse is in nanomaterialen zoals grafeen, en daarom zijn zoveel wetenschappers bezig om dit soort producten te optimaliseren. Zijn eigen onderzoek maakt deel uit van het Graphene Flagship, een door de EU gefinancierd miljard euro-initiatief om grafeeninnovaties met potentieel gebruik voor het publiek te bevorderen.
"Het is op ontroerende afstand", zegt hij. "We weten wat er moet gebeuren, het is gewoon een kwestie van doen en het geld is op zijn plaats."
De 2D-geprinte elektronica is slechts één potentieel gebruik van nanomaterialen zoals grafeen. Andere toepassingen die worden onderzocht, zijn extreem snelladende batterijen, sponzen om olievlekken op te ruimen en zonnepanelen die zelfs in de regen werken.
"Nanomaterialen hebben een hele reeks prachtige eigenschappen, waarvan ik er vast van overtuigd ben dat ze de wereld zullen veranderen door ons in staat te stellen dingen en toepassingen beter, sneller en goedkoper te maken, " zegt Coleman. "We hebben een technologische revolutie op komst waar we de eerste vruchten van beginnen te zien, en ik denk dat we verbazingwekkende dingen gaan zien in het volgende decennium of zo."
