Ako ste bili blizu znanstvenog časopisa tijekom posljednjeg desetljeća, naići ćete na neki oblik superlativa o grafenu - dvodimenzionalnom čudesnom materijalu koji obećava transformaciju svega, od računalstva do biomedicine.
Mnogo je buke oko primjene grafena, zahvaljujući nekolicini izvanrednih svojstava. Milijun je puta tanji od ljudske kose, ali 200 puta jači od čelika. Fleksibilan je, ali može djelovati kao savršena barijera i izvrstan je provodnik struje. Spojite sve to i dobit ćete materijal s mnoštvom potencijalno revolucionarnih primjena.
Što je grafen?
Grafen je ugljik, ali u rešetki saća debljine jednog atoma. Ako se vratite na svoje stare lekcije iz kemije, sjetit ćete se da materijali koji se u potpunosti sastoje od ugljika mogu imati drastično različita svojstva, ovisno o tome kako su atomi raspoređeni (različiti alotropi). Grafit u vašem olovku, na primjer, mekan je i taman u usporedbi s tvrdim i prozirnim dijamantom u vašem zaručničkom prstenu. Ugljične strukture koje je napravio čovjek ne razlikuju se; Buckminsterfuleren u obliku lopte djeluje drugačije od smotanih rasporeda ugljikovih nanocijevi.
Grafen je napravljen od sloja ugljikovih atoma u heksagonalnoj rešetki. Od gore navedenog, oblikom je najbliži grafitu, ali dok je taj materijal napravljen od dvodimenzionalnih listova ugljika koji se drže sloj po sloj slabim međumolekularnim vezama, grafen je debeo samo jedan list. Kad biste mogli oguliti jedan sloj ugljika od jednog atoma od grafita, imali biste grafen.
Slabe međumolekularne veze u grafitu čine ga mekim i ljuskavim, ali same ugljične veze su robusne. To znači da je lim koji se sastoji isključivo od tih ugljičnih veza jak – oko 200 puta više od najjačeg čelika, dok je u isto vrijeme fleksibilan i proziran.
O grafenu se teoretiziralo dugo vremena i slučajno se proizvodio u malim količinama sve dok ljudi koriste grafitne olovke. Njegova glavna izolacija i otkriće, međutim, vezano je za rad Andre Geima i Konstantina Novoselova 2014. na Sveučilištu u Manchesteru. Dvojica znanstvenika su navodno održala "eksperimente u petak navečer", gdje bi testirali ideje izvan svojih dnevnih poslova. Tijekom jedne od ovih sesija, znanstvenici su upotrijebili ljepljivu traku kako bi uklonili tanke slojeve ugljika s grudice grafita. Ovo pionirsko istraživanje na kraju je dovelo do komercijalne proizvodnje grafena.
Nakon što su 2010. godine dobili Nobelovu nagradu za fiziku, Geim i Novoselov donirali su dispenzer Nobelovom muzeju.
Za što se može koristiti grafen?
Jedna važna stvar koju treba napomenuti je da znanstvenici razvijaju sve vrste materijala temeljenih na grafenu. To znači da je vjerojatno bolje razmišljati o "grafenima", na isti način na koji bismo razmišljali o plastici. U suštini, pojava grafena ima opseg da dovede do potpuno nove kategorije materijala, a ne samo do jednog novog materijala.
Vidi povezano Što je turbulencija? Razotkrivanje jednog od milijunskih pitanja fizike 'Dijamantna kiša' pronađena na Uranu ponovno je stvorena na Zemlji - i mogla bi pomoći u rješavanju naše rastuće energetske krize Kvantno računalstvo postaje punoljetnoŠto se tiče primjena, istraživanja se provode u širokom rasponu od biomedicine i elektronike do zaštite usjeva i pakiranja hrane. Mogućnost modificiranja površinskih svojstava grafena, na primjer, mogla bi ga učiniti izvanrednim materijalom za isporuku lijekova, dok bi vodljivost i fleksibilnost materijala mogli najaviti novu generaciju sklopa zaslona osjetljivog na dodir ili sklopivih nosivih uređaja.
Činjenica da grafen može stvoriti savršenu barijeru tekućinama i plinovima znači da se također može koristiti s drugim materijalima za filtriranje bilo kojeg broja spojeva i elemenata – uključujući helij, koji je iznimno težak plin za blokiranje. Ovo ima niz primjena kada je u pitanju industrija, ali bi se također moglo pokazati vrlo korisnim za potrebe okoliša oko filtracije vode.
Višenamjenska svojstva grafena otvaraju vrata ogromnoj količini kompozita. Iako se puno razmišljalo o tome kako može potaknuti već postojeće tehnologije, kontinuirani napredak na tom polju na kraju će dovesti do potpuno novih područja koja bi prije bila nemoguća. Možemo li vidjeti kako se pojavljuje potpuno nova klasa zrakoplovnog inženjerstva? Što je s optičkim implantatima proširene stvarnosti? Po izgledu, 21. stoljeće je kada ćemo saznati.