Grafen – czy czeka nas przełomowy skok technologiczny?
Grafen podobnie jak diament czy grafit, jest jedną z odmian węgla. Określa się go mianem struktury dwuwymiarowej ze względu na jego jednoatomową grubość. Swoją strukturą przypomina plaster miodu. Obecnie uznawany jest za najbardziej wytrzymały materiał na świecie.
Przełomowe odkrycie
W 1947 roku Philip Russel Wallace stworzył opis teoretyczny grafenu i zamieścił go w swojej pracy naukowej. Jednak w tym samym okresie pozostali uczeni dowodzili swych teorii głoszących, że grafen ze względu na swoją dwuwymiarowość nie może istnieć w przyrodzie.
Przełom nastąpił dopiero w 2004 roku, kiedy Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow zdołali rozdzielić warstwy grafitu otrzymując w ten sposób grafen i udowadniając tym samym, że jest możliwe jego wytworzenie. Za swoją pracę dwaj naukowcy zostali nagrodzeni w 2010 roku Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki. Po tym czasie masowo ruszyły badania zarówno nad właściwościami grafenu, jak i coraz lepszymi sposobami jego wytwarzania.
Dlaczego jest tak wyjątkowy?
Grafen jest bardzo dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Jest uznawany za najcieńszy, najlżejszy i jednocześnie najbardziej wytrzymały materiał na świecie. Chociaż składa się wyłącznie z jednej warstwy, jest materiałem o wiele bardziej wytrzymałym niż stal. Jest całkowicie przeźroczysty i bez żadnych odkształceń można go rozciągnąć do 20% jego długości.
Do czego można go wykorzystać?
Obecnie prowadzonych jest mnóstwo prac i doświadczeń nad możliwościami zastosowania grafenu. Już teraz wiadomo, że nadaje się on doskonale do produkcji niezwykle czułych i elastycznych ekranów dotykowych, a także do produkcji energii odnawialnej z baterii słonecznych. Ponieważ jest materiałem przeźroczystym i bardzo wytrzymałym może przysłużyć się jako dodatek w produkcji różnego rodzaju tworzyw sztucznych. Elektrony grafenu płyną przez niego niemal sto razy szybciej niż w krzemie, więc przyczyni się on w przyszłości do tego, że nasze komputery będą pracowały o wiele szybciej. Grafen z pewnością przyczyni się do rozwoju branży motoryzacyjnej, rowerowej, elektronicznej, energetycznej, medycznej, a także odzieżowej. Przysłużyć się ma również w gospodarce wodnej, branży lotniczej i inżynierii materiałowej.
Kto produkuje grafen?
Obecnie na całym świecie trwają prace nad możliwie jak najtańszą metodą pozyskiwania grafenu, ponieważ jego pozyskiwanie wiąże się z wysokimi kosztami i dodatkowo emisją do środowiska naturalnego szkodliwych substancji. Dlatego od 2004 roku naukowcy na całym świecie pracują nad najkorzystniejszą i najtańszą metodą jego pozyskiwania.
Polscy naukowcy mogą pochwalić się swoimi wynikami w tym wyścigu. W 2011 roku Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych oraz Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego poinformowały o wspólnym opracowaniu technologii pozyskiwania dużych fragmentów grafenu o najlepszej dotąd jakości, co przyczyniło się do największej produkcji w Europie.
Niedawno otworzyło się w Warszawie Laboratorium Grafenowe należące do Politechniki Warszawskiej, gdzie będzie produkowany grafen płatkowy w sposób standaryzowany i powtarzalny. Dodatkowo w Laboratorium będą prowadzone badania nad właściwościami cieplnymi przemianami fazowymi grafenu.
Badacze i naukowcy z innych państw nie pozostają w tyle. Warto tu wspomnieć o amerykańskim Uniwersytecie Rice, gdzie za pomocą grafenu planują leczyć ciężkie urazy rdzenia kręgowego. Już dużo wcześniej wykazano, że struktura węgla, jaką jest grafen stymuluje wzrost neuronów. Amerykańscy naukowcy właśnie na tym oparli swój pomysł w badaniu.
Grafenowe nanowstążki zostały połączone z glikolem propylenowym, czego efektem było powstanie materiału o nazwie Texax-PEG.
Efektem tego było połączenie ze sobą dwóch uszkodzonych końców rdzenia kręgowego. Pozwoliło to naukowcom w ciągu zaledwie doby przywrócić część funkcji życiowych szczura.
Ciężko ocenić jak powyższy zabieg mógłby wpłynąć za zdrowie człowieka, ale na pewno można stwierdzić, że początki badań są nadzieją dla przełomu w leczeniu ludzkiego zdrowia.
Zdaniem prof. Mariusza Zdrojka z Politechniki Warszawskiej "w grafen inwestują już największe firmy na świecie, ale ten rynek jest jeszcze bardzo młody. Polska ma wciąż szansę znaleźć na nim niszę we współpracy z biznesem".