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
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
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.
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
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