Reklama.
Reklama.
Reklama.
Manchester – Grafenowe Miasto. Tak nad nowym materiałem pracują w miejscu jego odkrycia
W grudniu polscy naukowcy stworzyli maszynę do masowej produkcji grafenu. Za 42,5 miliona złotych w Warszawie powstaje Centrum Grafenu i Innowacyjnych Nanotechnologii. Ale jak wyglądają prace nad nowym materiałem w jego kolebce czyli Manchesterze?
Reklama.
Czym jest grafen?
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. To obecnie najcieńszy, najlżejszy i najmocniejszy odkryty przez człowieka materiał. Naukowcy uznają, że nowy materiał jest ponad dwustukrotnie wytrzymalszy od stali, chociaż składa się wyłącznie z jednej warstwy atomów węgla.
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. To obecnie najcieńszy, najlżejszy i najmocniejszy odkryty przez człowieka materiał. Naukowcy uznają, że nowy materiał jest ponad dwustukrotnie wytrzymalszy od stali, chociaż składa się wyłącznie z jednej warstwy atomów węgla.
Świetnie przewodzi elektryczność oraz ciepło i jest bardzo elastyczny. Grafen można spokojnie rozciągnąć nawet o 20%. Dzięki swoim właściwościom sprawdzi się zarówno w armii i statkach kosmicznych, jak i smartfonach, medycynie, a nawet farbie.
O materiale zrobiło się na świecie głośno w 2010 roku, gdy przyznano Nagrodę Nobla jego odkrywcom: Andriejowi Gejmowi i Konstantinowi Nowosiołowi. Naukowcy odkryli grafen sześć lat wcześniej na Uniwersytecie w Manchesterze – odklejając jego warstwę z grafitą za pomocą taśmy klejącej.
Rewolucja przemysłowa w UK
– Brytyjski rząd postanowił zainwestować w grafen w następnych latach i już w 2011 roku przeznaczył 50 milionów funtów na badania i rozwój. Mówiło się o nowej rewolucji przemysłowej – pisze Victoria Turk w swoim artykule dla „Motherboard”. Cytowany przez nią George Osborne, brytyjski Kanclerz Skarbu powiedział nawet: – Sprawimy, że Brytania znów zacznie coś tworzyć.
– Brytyjski rząd postanowił zainwestować w grafen w następnych latach i już w 2011 roku przeznaczył 50 milionów funtów na badania i rozwój. Mówiło się o nowej rewolucji przemysłowej – pisze Victoria Turk w swoim artykule dla „Motherboard”. Cytowany przez nią George Osborne, brytyjski Kanclerz Skarbu powiedział nawet: – Sprawimy, że Brytania znów zacznie coś tworzyć.
– Żebyśmy mogli stosować grafen w przemyśle elektronicznym musimy mieć jednolite warstwy o długości 30 cm. Dojście do takich rozmiarów i jakości zajmie nam pewnie jeszcze kilka lat. Przy krzemie zajęło nam to kilkadziesiąt lat – mówił w rozmowie z INN Poland na początku tego roku doktor Zygmunt Łuczyński, były dyrektor Instytutu Materiałów Elektronicznych, w którym to prowadzi się jedne z najbardziej zaawansowanych w Polsce badań na temat grafenu.
Rzeczywiście, od odkrycia grafenu minęło już ponad dziesięć lat, grafenowy program w Wielkiej Brytanii ruszył cztery lata temu, a zastosowań materiału wciąż jak na lekarstwo na sklepowych półkach. Na Wyspach w komercjalizacji technologii pomóc ma Narodowy Instytut Grafenu, który otwiera się na biznes w marcu. – To część Uniwersytetu w Manchesterze – pisze Turk i dodaje: – Instytut ma połączyć badaczy i przemysł w pracy nad potencjalnymi zastosowaniami materiału. To tam powstała wizja „Grafenowego Miasta”, manchesterowej odpowiedzi na Dolinę Krzemową.
Zastosowania materiału
Grafen w produktach konsumenckich znalazł się do tej pory między innymi w rakietach tenisowych firmy Head. –Firma twierdzi, że jej linia Graphene XT jest 20 proc. lżejsza od normalnej rakiety, ale oferuje tę samą moc podczas wymachu – informuje „Motherboard”. A co dzieje się w samym Manchesterze? Przedsiębiorstwo spin out z tamtejszego uniwersytetu pracuje nad grafenową, LED-ową żarówką, która będzie odrobinę bardziej efektywna.
Grafen w produktach konsumenckich znalazł się do tej pory między innymi w rakietach tenisowych firmy Head. –Firma twierdzi, że jej linia Graphene XT jest 20 proc. lżejsza od normalnej rakiety, ale oferuje tę samą moc podczas wymachu – informuje „Motherboard”. A co dzieje się w samym Manchesterze? Przedsiębiorstwo spin out z tamtejszego uniwersytetu pracuje nad grafenową, LED-ową żarówką, która będzie odrobinę bardziej efektywna.
– W Manchesterze znajduje się obecnie ponad 200 naukowców, którzy pracują nad grafenem i innymi dwuwymiarowymi materiałami. Rob Dryfe specjalizuje się w wykorzystaniu potencjału grafenu w bateriach i superkondensatorach – pisze Turk. Dryfe zaczyna od smartfonów i laptopów, ale jego badania dotyczą też baterii w pojazdach, a nawet sieciach energetycznych.
W najpopularniejszych bateriach litowo-jonowych stosuje się grafit. To w nich przechowuje się jony litu. – Sugerujemy, że można przechować więcej litu, a zatem więcej energii, jeśli zamiast grafitu użyje się grafenu – mówi cytowany przez „Motherboard” Dryfe. Grafen jest dużo lżejszy, więc lżejsze byłyby też same baterie. Ale to nie wszystko: grafen pozwala też na wykorzystywanie w bateriach innych jonów, na przykład sodu. – Sód występuje w środowisko o wiele częściej, np. w wodzie morskiej, więc proces jego wydobywania byłby o wiele tańszy i łatwiejszy.
Narodowy Instytut Grafenu
W piwnicy Insytutu znaleźć można duże, jasne pomieszczenie, w którym dba się o jak najmniejszy wpływ czynników z zewnątrz. Podobny, ale mniejszy pokój jest na parterze. – Reszta budynku to laboratoria i sale spotkań. Na trzecim piętrze jest dostęp do 20 różnych gazów do eksperymentów. Patel [Riyaaz Patel, starszy project manager z firmy EC Harris konsultującej budowle] powiedział mi, że umieszczone je tam, by odseparować przestrzeń od reszty budynku na wypadek wybuchu. Jest tu też kilka metalowych „pomieszczeń w pomieszczeniach”, które mają niwelować efekty magnetyczne, wpływające na rezultaty testów – pisze Turk.
Eksperymenty z węglem
Na wydziale fizyki nad grafenem pracuje między innymi Rahul Nair. Wziął pod lupę nieprzenikliwość grafenu. Tlenek grafenu utrzymuje tylko część tej cechy: bardzo łatwo przepuszcza wodę, ale blokuje wszelkie gazy. Membrana z małymi oczkami mogłaby łatwo i tanio filtrować wodę morską z soli. Nair musi tylko „odchudzić” tlenek grafenu.
Na wydziale fizyki nad grafenem pracuje między innymi Rahul Nair. Wziął pod lupę nieprzenikliwość grafenu. Tlenek grafenu utrzymuje tylko część tej cechy: bardzo łatwo przepuszcza wodę, ale blokuje wszelkie gazy. Membrana z małymi oczkami mogłaby łatwo i tanio filtrować wodę morską z soli. Nair musi tylko „odchudzić” tlenek grafenu.
Stosowanie grafenu do filtrowania wody morskiej może jednak okazać się za drogie, ale istnieje już duże zainteresowanie innym zastosowaniem związanym z wodą. Chodzi o grafenową powłokę. Woda zupełnie nie wsiąka w cegłę pokrytą delikatną materiału.
Naukowcy pracują nad nowymi zastosowaniami materiału i sposobami na zwiększenie jego produkcji, a dział biznesowy brytyjskiego Narodowego Instytutu Grafenu stara się zainteresować publikę i potencjalnych inwestorów nowymi rozwiązaniami. Problemem jest jednak to, że technologia wciąż w pewnym sensie raczkuje. Poziom Gotowości Technologii wykorzystywany w instytucjach naukowych i w biznesie ma dziewięciostopniową skalę. – Jedynka to początkowy pomysł. Dziewięć to skończony produkt. Grafen jest obecnie na poziomie dwójki czy trójki – pisze Turk powołując się na Jamesa Bakera, dyrektora biznesowego Narodowego Instytutu Grafenu.
Grafen ocali Królestwo
Wielka Brytania jest w tyle w patentowym wyścigu grafenowych zbrojeń, ale Baker wierzy, że dopracowane i jakościowe patenty zdziałają więcej niż podejście Chin, Korei Południowej czy Stanów Zjednoczonych. Poza tym, powstają właśnie plany powstania nowego grafenowego instytutu. Graphene Engineering Innovation Centre powstanie oczywiście w Manchesterze, a na jego wybudowanie przeznaczone zostanie 60 milionów funtów. 30 z nich pochodzi z firmy Masdar z Abu-Dhabi, która zajmuje się odnawialnymi źródłami energii. – Instytut zajmuje się małymi ilościami grafenu, GEIC zajmie się kilogramami i tonami – pisze Turk. Uniwersytet w Manchesterze zarejestrował już nawet nazwę „Graphene City”.
Wielka Brytania jest w tyle w patentowym wyścigu grafenowych zbrojeń, ale Baker wierzy, że dopracowane i jakościowe patenty zdziałają więcej niż podejście Chin, Korei Południowej czy Stanów Zjednoczonych. Poza tym, powstają właśnie plany powstania nowego grafenowego instytutu. Graphene Engineering Innovation Centre powstanie oczywiście w Manchesterze, a na jego wybudowanie przeznaczone zostanie 60 milionów funtów. 30 z nich pochodzi z firmy Masdar z Abu-Dhabi, która zajmuje się odnawialnymi źródłami energii. – Instytut zajmuje się małymi ilościami grafenu, GEIC zajmie się kilogramami i tonami – pisze Turk. Uniwersytet w Manchesterze zarejestrował już nawet nazwę „Graphene City”.
Źródło: Motherboard
Reklama.
Victoria Turk, MotherboardNarodowy Instytu Grafenu znajduje się tuż obok obecnych wydziałów chemii i fizyki. (...) Zewnętrzne ściany pokryto wzorem plastra miodu w nawiązaniu do rozmieszczenia atomów węgla w grafenie. Podobno gdy słońce świeci z odpowiedniej strony, sześciokąty różnego kształtu układają się w formułę zawartą w przełomowym dokumencie Geima i Nowosiełowa. Podobno Nowosiełow ukrył w panelach „żart”, ale nikt nie wie co nim jest, ani czy potrzebujesz Nagrody Nobla z fizyki, by go zrozumieć. Czytaj więcej
Victoria Turk, MotherboardNaukowiec Yang Su pokazał mi grafenową membranę w akcji. Włożył małe, żółte kółko do metalowym pojemniku ciśnieniowym. Wlał tam wodę z pomarańczowym barwnikiem i włączył ciśnienie, żeby przepchać wodę przez membranę. Czekaliśmy 15 czy 20 minut, a Su podkręcał ciśnienie, żeby przyspieszyć eksperyment i zdążyć na następne spotkanie. Gdy już ustaliliśmy, że wrócimy później, by zobaczyć wynik eksperymentu, pierwsza kropla pojawiła się na kraniku. Była krystalicznie czysta. Cały barwnik został odfiltrowany. Czytaj więcej