Grafenas – tai nauja supermedžiaga, sukurta tik prieš dešimt metų, tačiau žadanti sukelti ne vieną revoliuciją skirtingose mokslo ir inžinerijos srityse. Kol kas ieškoma ekonomiškai efektyvių grafeno gamybos būdų, tačiau juos suradus, ši supermedžiaga iš esmės pakeis mūsų gyvenimus.
Grafenas – tai nauja supermedžiaga, sukurta tik prieš dešimt metų, tačiau žadanti sukelti ne vieną revoliuciją skirtingose mokslo ir inžinerijos srityse. Kol kas ieškoma ekonomiškai efektyvių grafeno gamybos būdų, tačiau juos suradus, ši supermedžiaga iš esmės pakeis mūsų gyvenimus, rašo „Business Insider“.
Grafenas, panašiai kaip deimantas ar grafitas, yra dar viena anglies forma – tai plonytė, vieno atomo storio plėvelė. Ši vos įžiūrima medžiaga gali būti apie 200 kartų stipresnė nei plienas, nors yra apie 60 tūkst. kartų plonesnė nei virtuvėje naudojama plastikinė plėvelė maistui vynioti.
 Grafenas, „Wikipedijos“ nuotr. |
|---|
Šią supermedžiagą galima pagaminti beveik iš bet kokio anglies šaltinio – pieštuke esančio grafito ar net sausainių. O panaudojimų šiai stebuklingai medžiagai mokslininkai jai jau spėjo prigalvoti tūkstančius – ne veltui 2010-aisiais fizikos Nobelio premija įteikta dviem šią medžiagą sukūrusiems mokslininkams: Konstantinui Novosiolovui ir Andrejui Geimui.
Internete dažniausiai rasime grafeno iliustracijas, vaizduojančias atomų tinklelį, primenantį įprastą tinklą tvoroms tverti, tik grafeno „akys“ yra šešiakampės. Tokia dvimatė struktūra įprastai trapiai angliai suteikia neįtikėtino tvirtumo ir lankstumo, be to, grafenas yra ypač laidus elektros srovei.
Nuo 2004-ųjų, kai pirmą kartą buvo pademonstruota nauja supermedžiaga, pasipylė įvairiausios idėjos, kaip galima panaudoti grafeną. Dalis šių idėjų iš karto tapo patentais, kurie dabar priklauso tokioms bendrovėms, kaip „Apple“, IBM ar „Lockheed Martin“. Remiantis britų patentinių konsultantų firmos „CambridgeIP“ duomenimis, daugiausiai su grafenu susijusių patentų priklauso Kinijai – apie 2200. Antroje vietoje rikiuojasi JAV su 1700 patentų, o trečia vietą užima P.Korėja su 1200 patentų. Visgi grafeno komercializavimo dar reiks palūkėti, tačiau išgirdus apie galimus šios neįprastos anglies formos panaudojimo būdus, sunku išlikti nesužavėtiems. Tad pažvelkime, kokios perspektyviausios grafeno panaudojimo sritys.
1. Baterijos. Ši sritis yra ypač aktuali šiandienos pasaulyje ir su ja susiduria kiekvienas – juk kasdien turime krauti savo išmaniųjų telefonų baterijas. Neištvermingi akumuliatoriai vis dar kiša koją ir saulės bei vėjo energetikai, nes neturime būdų, kaip šią energiją efektyviai kaupti. Juk saulė šviečia ir vėjas pučia tik tam tikru metu, tad efektyvūs akumuliatoriai, gebantys sukaupti tokią energiją ir vėliau ją atiduoti į elektros tinklus, padėtų atsikuriančiai energetikai dar greičiau išstumti iškastinio kuro deginimą.
2011-aisiais privataus Northwestern universiteto mokslininkai nustatė, kad iš grafeno pagaminti anodai geriau kaupia energiją nei grafitiniai anodai, be to, grafenas paspartina tokių baterijų įkrovimą iki dešimties kartų. Praeitais metais Rice universiteto tyrėjai pastebėjo, kad grafenas, sumaišytas su vanadžio oksidu leidžia sukurti baterijų katodus, įkraunančius baterijas per 20 sekundžių, o šios išlaiko apie 90 proc. savo talpos net ir po 1000 naudojimo ciklų.
2. Kompiuterių tranzistoriai. Praeitais metais Harvardo universiteto ir Masačusetso technologijų instituto (MIT) mokslininkai sėkmingai panaudojo DNR grandines grafeno nanostruktūroms formuoti. Šios nanostruktūros gali būti panaudotos tranzistoriams gaminti, nors mokslininkams dar teks padirbėti, kol grafenas galės pakeisti silicį procesoriuose.
3. Išmanieji telefonai. Dėl savo ypatingo tvirtumo ir lankstumo, grafenas yra tinkamas naudoti ne tik elektronikos prietaisų viduje, bet ir išorėje. Iš šios supermedžiagos pagaminti telefonų korpusai ar ja padengti ekranai galėtų būti nesunaikinami tarsi Supermeno krūtinė. Be to, tokie telefonai bei jų ekranai galėtų būti ypač ploni, lankstūs ir elastingi.
4. Saulės baterijos. Grafeno savybės paverčia šią medžiagą ypač tinkama atsikuriančios energetikos sričiai. Be to, kad ši supermedžiaga turi didžiulę perspektyvą naujoms akumuliatorių technologijoms kurti, grafenas tinka ir saulės baterijoms patobulinti. Praeitais metais Mičigano technologijų universiteto mokslininkai nustatė, kad grafenas galėtų pakeisti platiną saulės elementuose. Platina yra esminis ingredientas, naudojamas saulės elementuose, tačiau labai aukšta šio metalo kaina, stipriai padidina saulės baterijų savikainą. Dėl savo molekulinės struktūros, grafenas pasižymi panašiu laidumu ir kataliziniu aktyvumu kaip platina ir gali būti naudojamas saulės elementuose.
5. Gyvi audiniai. Jau porą metų mokslininkai domisi, kaip grafeną galima būtų panaudoti, kuriant bioninius implantus žmogaus organizme. Skirtingai nei metalai, grafenas nekoroduoja būdamas įterptas tarp organizmo audinių, tad tokie implantai galėtų gerai veikti visą paciento gyvenimą. Be to, puikus grafeno laidumas elektros srovei, leistų šią supermedžiagą naudoti smegenų impulsams į įvairias kūno dalis perduoti – nauja viltis paralyžiuotiems pacientams.
Be paminėtų panaudojimo būdų, grafenas turi dar šimtus potencialių funkcijų, mat įterpus į šią supermedžiagą skirtingų cheminių elementų, pasikeičia jos savybės. Todėl šiandien mokslininkai eksperimentuoja su tokiais grafeno hibridais, bandydami sukurti geresnes antenas, filtrus vandeniui, dažus, lėktuvų sparnus, teniso raketes, padangas, rašalą ir daugybę kitų produktų.
Vis tik didžiausia kliūtis grafeno kelyje į sėkmę yra jo gamyba arba kitaip – efektyvių masinės gamybos būdų nebuvimas. Mat inžinieriai niekaip nesugalvoja, kaip atskirti vieno atomo storio anglies atomų plėvelę, kad šios neterštų kitos cheminės medžiagos, netyčia patekusios į gamybos procesą. Tokios „šiukšlės“ iš karto sugadina visas gerąsias grafeno savybes. Visgi su grafenu susijusių patentų skaičius ir tai, kad jie priklauso valstybėms, kurios šiandien stumia į priekį daugelį technologinių sričių, rodo, kad grafenas turi šviesią ateitį.
