5 najważniejszych faktów o grafenie

Grafen to jedna z odmian węgla. Jest jednym z pierwszych, odkrytych i stabilnych dwuwymiarowych materiałów. Na grafen składa się pojedyncza, przezroczysta warstwa, ciasno upakowanych atomów. Jego struktura przypomina plaster miodu. Innymi odmianami węgla są diament lub grafit. Ten drugi składa się bowiem z wielu warstw grafenu ułożonych na sobie.

Już w XIX wieku naukowcy spekulowali, że grafit składa się z warstw. Jednak dopiero na początku XX wieku udało się tego dowieść za pomocą badań. W 1947 roku powstał pierwszy teoretyczny opis grafenu, ale jego właściwe odkrycie i fizyczne oddzielenie od grafitu nastąpiło prawie 40 lat później. Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow z Uniwersytetu w Manchesterze otrzymali grafen w 2004 roku przyklejając, a następnie odrywając od grafitu kawałek taśmy klejącej. Za swoje odkrycie otrzymali w 2010 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

To obecnie najcieńszy, najlżejszy i najmocniejszy odkryty przez człowieka materiał. Świetnie przewodzi elektryczność oraz ciepło i jest bardzo elastyczny. Grafen można spokojnie rozciągnąć nawet o 20%. Naukowcy uznają, że nowy materiał jest ponad dwustukrotnie wytrzymalszy od stali, chociaż składa się wyłącznie z jednej warstwy atomów węgla. Membrana z grafenu nie przepuszcza gazów, w tym atomów helu, a w wyniku prostej obróbki, materiał może zmienić się z doskonałego przewodnika w doskonały izolator.

Możliwości wykorzystania nowego materiału są niemal nieograniczone. Dzięki niskiej rezystywności, świetnej przewodności cieplnej i wysokiej prędkości przepływu elektronów, grafen może skutecznie zastąpić może krzem w procesorach. Lżejsze i szybsze chipy, np. w telefonach, to jedno, ale nowy materiał może również posłużyć do produkcji superczułych i elastycznych wyświetlaczy dotykowych.

Spekuluje się również na temat wykorzystania grafenu w nowych bateriach i akumulatorach: zmagazynują one więcej energii w krótszym czasie i dłużej ją przechowają. Przezroczysty i wytrzymały materiał może stanowić idealną powłokę ochronną i grzewczą na okularach lub szybach.

Grafen bardzo łatwo wchodzi w reakcję z innymi metalami, zmieniając przy tym swoje właściwości. Fluorografen może na przykład w przyszłość zastąpić teflon. Naukowcy z Uniwersytetu w Manchesterze mają nawet zacząć prace nad supercienkimi prezerwatywami z nowego, superwytrzymałego materiału.

Do niedawna główną przeszkodą w pracach i badaniach nad grafenem był wysoki koszt jego produkcji i wykorzystywanie w tym procesie toksycznym materiałów. Grafen otrzymywany starą metodą często okazywał się poza tym wątpliwej jakości, dlatego od 2004 roku placówki na całym świecie ścigały się w wynalezieniu jak najefektywniejszej metody uzyskiwania nowego materiału. Polska może pochwalić się sukcesami we wspomnianym, naukowym wyścigu – między innymi za sprawą Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych, który produkuje największe ilości grafenu w Europie.