Ако сте били негде близу научног часописа током протекле деценије, наићи ћете на неки облик суперлатива о графену – дводимензионалном чудесном материјалу који обећава да ће трансформисати све, од рачунарства до биомедицине.
Много је узбуђења око апликација графена, захваљујући неколицини изузетних својстава. Он је милион пута тањи од људске косе, али 200 пута јачи од челика. Флексибилан је, али може да делује као савршена баријера и одличан је проводник струје. Ставите све то заједно и добићете материјал са мноштвом потенцијално револуционарних примена.
Шта је графен?
Графен је угљеник, али у решетки саћа дебљине једног атома. Ако се вратите на своје старе лекције хемије, сетићете се да материјали који се у потпуности састоје од угљеника могу имати драстично различита својства, у зависности од тога како су атоми распоређени (различити алотропи). Графит у вашем оловку, на пример, је мекан и таман у поређењу са тврдим и провидним дијамантом у вашем вереничком прстену. Структуре угљеника које је направио човек се не разликују; Бакминстерфулерен у облику лопте делује другачије од намотаних распореда угљеничних наноцеви.
Графен је направљен од слоја атома угљеника у хексагоналној решетки. Од горе наведеног, по форми је најближи графиту, али док је тај материјал направљен од дводимензионалних листова угљеника који се држе слој по слој слабим интермолекуларним везама, графен је дебео само један лист. Ако бисте могли да одлепите један слој угљеника од једног атома од графита, имали бисте графен.
Слабе интермолекуларне везе у графиту чине га меким и љускавим, али саме угљеничне везе су робусне. То значи да је лим који се састоји искључиво од тих угљеничних веза јак – око 200 пута више од најјачег челика, док је у исто време флексибилан и провидан.
О графену се теоретизирало дуго времена и случајно се производио у малим количинама све док људи користе графитне оловке. Његова главна изолација и откриће, међутим, везано је за рад Андре Геима и Константина Новоселова, 2014. године на Универзитету у Манчестеру. Два научника су наводно одржала "експерименте петком увече", где би тестирали идеје ван својих дневних послова. Током једне од ових сесија, истраживачи су користили селотејп да уклоне танке слојеве угљеника са грудве графита. Ово пионирско истраживање је на крају довело до комерцијалне производње графена.
Након што су 2010. добили Нобелову награду за физику, Гејм и Новоселов су донирали диспензер Нобеловом музеју.
За шта се може користити графен?
Једна важна ствар коју треба напоменути је да научници развијају све врсте материјала заснованих на графену. То значи да је вероватно боље размишљати о „графенима“, на исти начин на који бисмо размишљали о пластици. У суштини, појава графена има домет да доведе до потпуно нове категорије материјала, а не само до једног новог материјала.
Погледајте повезане Шта је турбуленција? Разоткривање једног од питања физике вредног милион долара „Дијамантска киша“ пронађена на Урану поново је створена на Земљи – и могла би да помогне у решавању наше растуће енергетске кризе Квантно рачунарство постаје пунолетноШто се тиче примене, истраживања се врше у областима широког спектра од биомедицине и електронике до заштите усева и паковања хране. Могућност да се модификује површинско својство графена, на пример, може га учинити изванредним материјалом за испоруку лекова, док би проводљивост и флексибилност материјала могли да најаве нову генерацију кола за екран осетљив на додир или склопивих носивих уређаја.
Чињеница да је графен способан да формира савршену баријеру за течности и гасове значи да се може користити и са другим материјалима за филтрирање било којег броја једињења и елемената – укључујући хелијум, који је изузетно тежак гас за блокирање. Ово има низ примена када је у питању индустрија, али би се такође могло показати веома корисним за потребе животне средине око филтрације воде.
Мултифункционална својства графена отварају врата огромној употреби композита. Иако се много размишљало о томе како може да унапреди постојеће технологије, континуирани напредак у овој области ће на крају довести до потпуно нових области које би раније биле немогуће. Можемо ли видети да се појављује потпуно нова класа ваздухопловног инжењеринга? Шта је са оптичким имплантатима проширене стварности? По изгледу, 21. век је када ћемо сазнати.