Dacă ați fost aproape de un jurnal de știință în ultimul deceniu sau cam așa ceva, veți întâlni o formă de superlativ despre grafen - materialul minune bidimensional care promite să transforme totul, de la computer la biomedicină.
Există o mulțime de hype despre aplicațiile grafenului, datorită mai multor proprietăți remarcabile. Este de 1 milion de ori mai subțire decât un păr uman, dar de 200 de ori mai puternic decât oțelul. Este flexibil, dar poate acționa ca o barieră perfectă și este un excelent conductor de electricitate. Pune toate acestea împreună și vei avea un material cu o multitudine de aplicații potențial revoluționare.
Ce este grafenul?
Grafenul este carbon, dar într-o rețea groasă de fagure de un atom. Dacă reveniți la vechile lecții de chimie, vă veți aminti că materialele compuse în întregime din carbon pot avea proprietăți drastic diferite, în funcție de modul în care sunt aranjați atomii săi (diferiți alotropi). Grafitul din mine de creion, de exemplu, este moale și întunecat în comparație cu diamantul dur și transparent din inelul de logodnă. Structurile de carbon create de om nu sunt diferite; Buckminsterfullerenul în formă de bilă acționează diferit față de aranjamentele spiralate ale nanotuburilor de carbon.
Grafenul este format dintr-o foaie de atomi de carbon într-o rețea hexagonală. Dintre cele de mai sus, este cea mai apropiată ca formă de grafit, dar în timp ce acel material este fabricat din foi bidimensionale de carbon ținute strat peste strat de legături intermoleculare slabe, grafenul are o grosime de doar o foaie. Dacă ai fi capabil să decojești un singur strat de carbon înalt de un atom din grafit, ai avea grafen.
Legăturile intermoleculare slabe din grafit îl fac să pară moale și slab, dar legăturile de carbon în sine sunt robuste. Aceasta înseamnă că o foaie compusă exclusiv din acele legături de carbon este puternică – de aproximativ 200 de ori mai mult decât cel mai rezistent oțel, în același timp fiind flexibilă și transparentă.
Grafenul a fost teoretizat de mult timp și produs accidental în cantități mici atâta timp cât oamenii au folosit creioane de grafit. Principala sa izolare și descoperire, totuși, este fixată pe munca lui Andre Geim și Konstantin Novoselov, în 2014 la Universitatea din Manchester. Cei doi oameni de știință au organizat „experimente de vineri seara”, în care testau idei în afara muncii lor de zi. În timpul uneia dintre aceste sesiuni, cercetătorii au folosit bandă scotch pentru a îndepărta straturile subțiri de carbon dintr-o bucată de grafit. Această cercetare de pionierat a condus în cele din urmă la producția comercială de grafen.
După ce au câștigat Premiul Nobel pentru Fizică în 2010, Geim și Novoselov au donat distribuitorul de bandă Muzeului Nobel.
La ce poate fi folosit grafenul?
Un lucru important de reținut este că oamenii de știință dezvoltă tot felul de materiale bazate pe grafen. Aceasta înseamnă că probabil că este mai bine să ne gândim la „grafeni”, în același mod în care ne-am gândi la plastic. În esență, apariția grafenului are scopul de a conduce la o categorie complet nouă de material, nu doar la un material nou.
Vezi conexiunea Ce este turbulența? Dezlegarea uneia dintre întrebările de un milion de dolari ale fizicii „Ploaia de diamante” găsite pe Uranus a fost recreată pe Pământ – și ar putea ajuta la rezolvarea crizei noastre energetice în creștere.În ceea ce privește aplicațiile, cercetările se desfășoară în domenii atât de ample, cum ar fi biomedicina și electronica, până la protecția culturilor și ambalarea alimentelor. Capacitatea de a modifica proprietățile de suprafață a grafenului, de exemplu, ar putea face din acesta un material remarcabil pentru livrarea medicamentelor, în timp ce conductivitatea și flexibilitatea materialului ar putea anunța o nouă generație de circuite cu ecran tactil sau dispozitive pliabile.
Faptul că grafenul este capabil să formeze o barieră perfectă pentru lichide și gaze înseamnă că poate fi folosit și cu alte materiale pentru a filtra orice număr de compuși și elemente - inclusiv heliul, care este un gaz extrem de dificil de blocat. Acesta are o gamă largă de aplicații când vine vorba de industrie, dar s-ar putea dovedi și foarte util pentru nevoile de mediu din jurul filtrării apei.
Proprietățile multifuncționale ale grafenului deschid ușile pentru o cantitate enormă de utilizări compozite. Deși s-a gândit mult la modul în care poate stimula tehnologiile preexistente, progresele continue în domeniu vor duce în cele din urmă la domenii cu totul noi care ar fi fost imposibile anterior. Am putea vedea o clasă complet nouă de inginerie aerospațială? Dar implanturile optice cu realitate augmentată? După cum arată, secolul 21 este când vom afla.
