Thomas Edison als pionier op het gebied van nanotechnologie: De uitvinder produceerde grafeen waarschijnlijk al in 1879

Thomas Edison staat bekend om zijn uitvinding van de gloeilamp. Hoewel de gloeilamp al voor Edison bestond, maakte de uitvinder de lichtbron echt geschikt voor massaproductie met een gloeidraad van katoen- of bamboevezels. Een nieuw onderzoek suggereert echter dat hij onbewust een materiaal creëerde dat meer dan een eeuw later voor een sensatie zou zorgen. Onderzoekers van de Rice University onder leiding van Lucas Eddy en James Tour voerden experimenten uit waaruit bleek dat de omstandigheden in Edisons gloeilampen uit 1879 ideaal waren voor de vorming van grafeen. Hoewel het team de originele gloeilampen uit die tijd niet non-destructief kon analyseren, leverden experimenten met identieke replica's duidelijke resultaten op: de gloeilampen produceren grafeen.

Grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die in een hexagonaal rooster gerangschikt zijn. Het wordt beschouwd als een van de sterkste en meest geleidende materialen ter wereld. In modern onderzoek wordt het vaak geproduceerd door middel van complexe processen zoals chemische dampdepositie of zogenaamde "flits Joule-verwarming" Deze laatste methode, waarbij koolstofhoudend materiaal snel wordt verhit door een sterke stroomstoot, vertoont een opvallende gelijkenis met het werkingsprincipe van een gloeilamp van Edison.

De lampen van Edison gebruikten een gloeidraad van verkoold bamboe of katoen. Wanneer er stroom door deze weerstand vloeit, wordt deze gloeiend heet. Het huidige onderzoek toont aan dat dit proces, als het onder de juiste omstandigheden plaatsvindt, de amorfe koolstof van de gloeidraad kan omzetten in turbostratisch grafeen. In deze vorm zijn de lagen grafeen tegen elkaar in gedraaid, wat zelfs de elektronische eigenschappen van het materiaal ten goede kan komen, omdat de lagen minder sterk op elkaar inwerken dan in geordend grafiet.

De onderzoekers gebruikten moderne spectroscopische methoden zoals Raman spectroscopie en transmissie-elektronenmicroscopie op de replica's voor hun analyse. De signaturen van de gemeten monsters kwamen overeen met die van grafeen en verschilden aanzienlijk van zuiver grafiet. Edison zelf kon dit materiaal destijds niet identificeren of isoleren vanwege een gebrek aan technische mogelijkheden, hoewel hij het zwart worden van de glazen bol als verontrustend neveneffect opmerkte.

Deze ontdekking benadrukt de waarde van historisch onderzoek in de natuurwetenschappen. Oude experimenten en verslagen kunnen geheel nieuwe inzichten opleveren in het licht van nieuwere bevindingen en met moderne meetmethoden. Edisons werk was in de eerste plaats gericht op het genereren van licht, maar de fysische processen in zijn lampen liepen vooruit op de moderne nanotechnologie zonder dat de wetenschappelijke wereld van de 19e eeuw dit kon vermoeden.