Material, kot ga sedaj še ni bilo. Elektriko prevaja desetkrat hitreje kot baker in je ultra tanek. Če bi tranzistorji naših računalnikov vsebovali ta material, bi bilo njihovo delovanje tisočkrat hitrejše, poraba energije, potrebne za delovanje, pa bi znašala zgolj odstotek.
To je samo nekaj velikih sprememb, ki bi jih lahko prinesla množična uporaba tako imenovanega »čudežnega materiala«. Še vedno ne veste, kaj je to?
Čakajo nas »neprebojni« kondomi.
Gre za grafen, plast ogljikovih atomov, ki so razporejeni heksagonalno (v obliki šestkotnikov), debelina celotne plasti pa prav tako ne presega premera atoma in s tem predstavlja najtanjši človeku poznan material. V bistvu se s tovrstnim materialom prav vsi poznamo že iz šolskih klopi, saj več plasti grafena tvori snov, imenovano grafit, ki je jedro svinčnikov, ki smo jih vneto uporabljali pri matematiki in še kje. Za razliko od grafita je grafen praktično prosojen, saj zadrži le 2 odstotka svetlobe, bil pa naj bi močnejši od jekla, kar je sicer mogoče primerjati samo v nanostrukturi.
Odporen tudi proti prvim raziskovalcem
Raziskovanje grafena oziroma poskus »razplastitve« grafita na plasti grafena ima že kar dolgo brado, vendar je pravi pospešek zadeva dobila šele leta 2004, ko je na Univerzi v Manchestru to uspelo z metodo, ki je skoraj neverjetna, saj je bil uporabljen navaden lepilni trak, ki je učinkovito ločil plasti grafita in po več ponovitvah izoliral grafen. Fizika Andre Geim in Konstantin Novoselov, ki sta vodila postopek, sta v letu 2010 za ta znanstveni preboj prejela celo Nobelovo nagrado za fiziko. Po navedbah univerze naj bi do odkritja prišlo med njunimi »petkovimi eksperimenti«, ko sta izvajala poskuse, ki niso bili povezani z njunim osnovnim področjem raziskovanja.
Ne, ni vse idealno …
Kot v najnovejši raziskavi navaja Graphene-info, so možnosti uporabe in priložnosti, ki nam jih prinaša ta material, resnično neverjetne, vendar se zadeve precej zaostrijo pri množični proizvodnji. Cilj je namreč proizvesti visokokakovostne lističe grafena, kar pa ni preprosto. Nekaj podjetij se sicer ukvarja z njegovo proizvodnjo v manjših količinah, vendar te za zdaj ne zadostujejo potrebam trga in razvoju tehnologij, ki bi lahko sledil za tem. Največ se tako proizvaja za namene raziskav in razvoja na univerzah in v podjetjih. Poleg Univerze v Manchestru se z materialom ukvarja tudi univerza RWTH iz Aachna, ki prav tako za zdaj zadeve uporablja še za raziskovalne namene, vendar se v zvezi s tem že povezuje s podjetji. Prav tako lahko razvoj dela s tem materialom otežijo pomanjkanje standardov, visoki stroški proizvodnje, neenotna kakovost in posledično uporabnost različnih proizvodov, težavno ravnanje z materialom in neorganiziranost trga. Zaradi naštetega lahko tudi ugotovimo, da so izjave o tem, kako bo v kratkem grafen izpodrinil uporabo silicija, pretirane, saj ne moremo z gotovostjo trditi, da se bodo stroški v kratkem toliko znižali, da bi lahko prešel v množično uporabo. Največ težav lahko pripišemo temu, da gre za nov »produkt« na trgu, ki je še nereguliran in neurejen, kar pa se bo s časom in prepoznavanjem materiala ter prepotrebno regulacijo uredilo. Spodbudno pa je tudi to, da je Evropska unija za namene razvoja grafena namenila milijardo evrov, saj se želi priključiti vlaku razvoja in morda celo kot protiutež Silicijevi dolini v ZDA ustvariti svojo »grafensko dolino«.
Poskusi razplastitve grafita imajo že zelo dolgo brado.
… vendar je spekter možne uporabe impresiven
Kako vse pa bi lahko uporabili grafen ali izdelke iz njega? Dosedanje raziskave in izkušnje s tem materialom kažejo na to, da bi lahko prišlo do prave revolucije pri proizvodnji elektronike. Govori se o upogljivih napravah (ne upognjenih, ki jih v manjši meri poznamo že sedaj), kvantnih računalnikih, veliko bolj zmogljivih kot teh, ki jih poznamo danes, bionični integraciji s človeškim telesom in marsičem drugem. Tako je na primer vodilna slovenska univerza na področju raziskav grafena (Univerza v Novi Gorici) raziskovala tudi morebitno uporabo grafena pri veliko cenejšem razsoljevanju vode, kot je za Delo (2013) pojasnil prof. dr. Gvido Bratina z omenjene univerze.
Prav tako so v delu nekateri prototipi, za katere naj več ne bi bilo potrebno veliko časa, da bodo ugledali luč svetovnega trga. Samsung je domnevno najbližje uporabi grafenskih tranzistorjev, fundacija Billa in Melinde Gates vlaga v razvoj kondomov z dodatkom te snovi, ki bi bili bolj odporni proti poškodbam in varnejši za uporabo, prav tako pa se intenzivno razvijajo baterije, ki bi lahko naše pametne naprave poganjale več kot en teden brez polnjenja.
Nekaj že imamo
Prvi izdelek, ki je vključeval tudi grafen, je bil na trg lansiran že decembra 2011, ko je podjetje Vorbeck Materials izdelalo sireno oziroma protivlomno napravo, katere vezje je temeljilo na grafenu. Leta 2013 smo dobili teniške loparje HEAD, katerih ogrodje je za večjo obstojnost prekrito z grafenskim plaščem. Temu so sledile še kolesarske čelade, ki naj bi zaradi odpornosti materiala bolje ščitile glavo, diagnostične naprave in naprave s senzorji čistosti zraka.
Povzamemo lahko, da je prostora za razvoj še veliko, vprašanje pa je, kako hitro bodo te spremembe in inovacije zaživele v praksi. Konec koncev se vse vrti okoli denarja in nekega interesa, kljub temu pa upamo, da bo grafen čim prej postal del našega vsakdanjega življenja.
Ostalo vsebino iz revije Spekter, april 2018 lahko najdeš v spletni čitalnici.
Urban BRATINA
splet (vir)
