Képzelj el egy olyan anyagot, amely erősebb, mint az acél, átlátszóbb, mint az üveg, és vékonyabb, mint az emberi haj.

Megjegyzem: ez nem a kriptonit. 😎 

Mi az a grafén?

Ez a legkülönlegesebb anyag, amely akár egy sci-fi-ben is megállná a helyét. Számtalan alkalmazással és fenomenális tulajdonságokkal rendelkezik, és a tudósokat teljesen lázba hozza.

Ez a kétdimenziós csodás anyag egyszerű forrásból származik. A grafén alapvető építőeleme a grafitnak, a szén alapvető formájának és a bőséges ásványi anyagnak. A grafit több ezer réteg grafénből készül, amelyek egymásra vannak rakva. Ceruzabélként ismerjük. Tehát technikailag minden ember, aki valaha használt már ceruzát, az fogott grafént is.

Hogyan fedezték fel a tudósok?

Véletlenül. És mindez a ragasztószalagnak köszönhető. 2004-ben a Manchesteri Egyetemen két kutató, Andre Geim és Kostantin Novoselov dolgozott a laboratóriumban. Vizsgálták a grafit elektromos tulajdonságait, és úgy döntöttek, hogy ragasztószalagot használnak, hogy kiderítsék, képesek-e eltávolítani a vékonyabb pelyheket. Egyre több réteget hámoztak le az eredeti hasított grafitpehelyről, amíg rájöttek, hogy minden egyes réteg egy atom vastagságú. Az általuk létrehozott anyag a grafén volt, és később felfedezésükért elnyerték a 2010. évi fizika Nobel-díjat.

graphene
Fotó: swamblogic

Mi teszi a grafént oly különlegessé?

A grafén csodálatos és egyedi mechanikai, elektromos, hő- és optikai tulajdonságokkal rendelkezik.

Először is erős. Az emberek azt hitték, hogy a kétdimenziós anyagok csak szétesnek. Valójában azonban a grafén a legerősebb anyag, amelyet valaha teszteltek: mintegy 200-szor erősebb, mint az acél. Egy 1 négyzetméteres grafénből készített függőágy támasztja alá egy darab négy kilogramm súlyú macska súlyát, de csak annyira terhelődik meg, mint a macska egyik pofaszakálla 0,77 mg-nál. (kb. 100 000-szer könnyebb, mint egy négyzetméter papír).

Másodszor, hatalmas ereje ellenére, a grafén megőrzi a rugalmasságát és a hajlékonyságát. Meghajlíthatod, és még átlátszó is. Mindkettő nagyon fontos tulajdonsága az elektronikában, mivel azt jelenti, hogy felhasználhatod hajlékony, átlátszó érintőképernyők készítésére, számítógépek és mobil eszközök számára.

Harmadszor, ragyogóan vezeti az elektromosságot. Valójában az elektronok gyorsabban mozognak a grafénen, mint bármely más vizsgált anyagon. A tudósok  oly módon „öblítik le” a grafént, hogy az elektronokat kémiai úton hozzáadagolják vagy eltávolítják. Minél több elektron van hozzá, annál nagyobb áramot képes előállítani. A ‘duzzasztott’ grafén még jobban lenne képes vezetni az elektromosságot, mint a réz.

Negyedszer, a grafén szuper-áthatolhatatlan, tehát még a legkisebb molekulák sem, mint például a hélium sem tud belejutni. Ez nagyon fontos tulajdonság lehet, mivel lehetővé tenné számunkra, hogy a grafénnel elválaszzuk egymástól a  folyadékokat és a gázokat .

Miben különbözik a grafén szerkezete?

A grafén nagyon egyedi szerkezetű. Olyan, mint a szénatomok méhsejtrácsa. Különös, hogy ezek az atomok kölcsönhatásba lépnek egymással.

a grafén szerkezete
Fotó: pbs.twimg.com

A szénatomnak hat elektronja van, amelyek közül négy a külső héján ül, készen áll arra, hogy más atomokkal kötődjön és molekulákat képezzen. De a grafénben ezeknek az elektronoknak csak három kötődik szorosan a szomszédos atomokhoz, rendkívül erős és szoros kötést hozva létre. A negyedik elektron szabadon marad. Ezek a nem kötött elektronok nagyon eltérően viselkednek a megszokottaktól. Pont úgy, mint a fény részecskéi vagy fotonok, és valójában fénysebességgel mozognak a grafén lap fölött, így a grafén fenomenális elektromos tulajdonságait adják.

Hogyan néz ki a grafén?

A grafént nem láthatjuk szabad szemmel. Ez a legvékonyabb anyag, amelyet valaha felfedeztek. Egy grafénlap 1000-szer vékonyabb, mint az emberi haj. Valójában a tudósok, akik felfedezték, csak a grafénpehelyeket láthatták, mert szilícium-oxid ostyára helyezték őket. Ha más anyagot használtak volna, akkor esetleg nem is láthatták volna.

Használják már valamire a grafént?

Számos nagyvállalat, például az IBM és a Samsung, szorosan vizsgálja a grafént. Az elektronikai iparág egyik legnagyobb kihívása jelenleg az, hogy a szilícium-tranzisztorok (amelyek erősítik és vezetik az elektromos jeleket) határait meghúzzuk. Más szavakkal, hogyan lehet kisebb és kisebb szilícium-tranzisztorokat készíteni, hogy a vállalatok vékonyabb, mégis erősebb okostelefonokat, táblagépeket és számítógépeket gyárthassanak?

Graphene film closeup
Fotó: media.mnn.com

A probléma az, hogy már elértük azt a határt, amire képesek vagyunk a szilícium-tranzisztorokkal. Nem tehetjük őket kisebbekké. A grafén esetében azonban nagy a lehetőség arra, hogy továbblépjenek, sőt átlátszó érintőképernyőket és elektronikát készítsenek.

Ez nem csak a számítógépek területén igaz. A grafén beépítésére jelenleg alkalmazott egyik felhasználási módja a HEAD nevű cég teniszütője. A ütő sokkal hatalmasabb és sokkal könnyebbnek tűnik – két lényeges dolog az ideális teniszütőben!

Mire használhatnánk a grafént a jövőben?

A közlekedési ágazat keverhetné a grafént egy meglévő kompozit anyaggal, hogy erősebb, könnyebb repülőgépeket és autókat készítsen. Átjárhatatlansága miatt a grafén kiváló bevonóanyagként is hasznosítható a korrózió ellen.

Vagy például helyezz egy réteg grafént műanyagra, és van egy elektromosan vezető műanyagod. Vagy egy elektronikai vállalat kihasználhatja a grafén rugalmasságát és felhasználhatja azt egy olyan tablet előállításához, amelyet össze lehet hajtogatni, mint egy újságot, és kapunk egy apró okostelefont, amelyet a pólónkhoz ragaszthatunk.

grafén tablet
Fotó: pinimg.com
Graphene screen
Fotó: engineersjournal.ie

Továbbá a  grafén drasztikusan javíthatja a hagyományos lítium akkumulátorok élettartamát, jelentősen csökkentve a töltési időt. Használható napenergia tárolására vagy szuperkondenzátorok készítésére (elektromos autókban és felvonókban használt hatalmas akkumulátorok).

Grafen akkumulátor a jövőben
Fotó: nanographene.net

A tudósok arról is beszélnek, hogy a grafénszűrőket használnák a sótalanításhoz, a tengervíz ivóvízzé alakításához, valamint a rák kezelésére szolgáló gyógyszerbejuttató rendszerként.

Szabadalmaztatva van-e a grafén?

A grafén szabadalmaztatása az egyik legforróbb vita tárgya a tudományban. Maga a grafén nem szabadalmaztatható, mivel a szénből származik – egy természetben előforduló anyagból. Sőt, a tudósok a 20. század óta tudtak a grafénről, csak nem tudták, hogyan kell elkülöníteni.

Számos szervezet azonban szabadalmaztatott grafén eszközöket és eljárásokat grafén előállításához. Nem tudom, hogy a tudós, aki felfedezte a grafént – gazdagodtak-e ennek eredményeként. De az biztos, hogy rendkívül híressé váltak és Nobel-díjat nyertek. A grafén úttörő felfedezéséről szóló tudományos tanulmányukat végül a Science kiadta, és maga a cikk minden idők 100 legnézettebb hivatkozási listáján szerepel. Ez olyan eredmény, amelyről minden tudományos kutató álmodik.

Borítókép: singularityhub.com

HOZZÁSZÓLOK A CIKKHEZ

Please enter your comment!
Please enter your name here