Supermateriał dla każdego

Grafen został odkryty w 2004 r. na Uniwersytecie w Manchesterze przez grupę rosyjskich i angielskich badaczy, kierowaną przez Andre Geima. W 2010 r. dwóch z nich – wspomniany Andre Geim i Konstantin Nowosiołow – otrzymali za swoje badania Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Od tej pory pokłada się w nim wielkie oczekiwania oraz nadzieje i określa mianem jednego z najważniejszych materiałów przyszłości.

Czym jest grafen
To nic innego jak forma węgla. Płaska struktura, w której atomy węgla połączone są heksagonalnie (w sześciokąty) niczym w plastrze miodu. Ma grubość jednego atomu, stąd często nazywana jest dwuwymiarową. Grafen charakteryzuje się niezwykłą wytrzymałością, a przy tym jest bardzo elastyczny. Przewodzi ciepło równie dobrze, jeśli nie lepiej, niż metale. Jest przezroczysty jak szkło, z tą różnicą, że pochłania zaledwie 2,3 proc. światła, podczas gdy standardowe okno zespolone pochłania ponad 20 proc. Elektrony płyną przez niego niemal sto razy szybciej, niż ma to miejsce w przypadku krzemu, co czyni go świetnym przewodnikiem elektrycznym. Konstantin Nowosiołow ustalił, że uszkodzona siatka grafenu potrafi zrekonstruować się sama za pomocą katalizatora (pallad, nikiel). Wystarczy, że posiada odpowiednią ilość „części zapasowych” w postaci atomów węgla.

Grafenowa rewolucja
Okazuje się, że grafenowy przewrót blokuje kilka problemów. Najpoważniejszymi są technologia – tworzenie dużych struktur oraz cena – do niedawna sięgająca 100 mln dolarów za centymetr kwadratowy, co czyniło grafen najdroższym materiałem na świecie.
Choć to Anglia bez wątpienia jest „kolebką” tego, zdawałoby się, cudownego materiału, to Polska także ma nadzieję zapisać ważną kartę w jego historii. A to wszystko za sprawą zespołu pod kierownictwem dr. inż. Włodzimierza Strupińskiego z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME) w Warszawie. W 2013 r. w Polsce – jako jedynym kraju na świecie – udało się wyprodukować grafen na skalę przemysłową. Pracownikom ITME udało się uzyskać produkt nie tylko tani, ale też (w przeciwieństwie do konkurencji) o wysokiej wytrzymałości. Do gry włączył się również Instytut Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej na czele z prof. Piotrem Kulą. Naukowcy z Łodzi opracowali nową technologię wytwarzania grafenu metodą metalurgiczną. Premiera grafenu metalurgicznego o wysokiej wytrzymałości HSMG – High Strength Metallurgical Graphene, nastąpiła 14 stycznia 2015 r. W porównaniu do tego wytwarzanego obecnie stosowanymi metodami, grafen HSMG ma wyższą wytrzymałość oraz powtarzalność właściwości fizyko-chemicznych w zmiennych warunkach ciśnienia i temperatury. Produkowany jest na ciekłym metalu, który – jak każda ciecz – ma doskonale płaską powierzchnię, a więc poszczególne cząstki mogą stykać się ze sobą i tworzyć coraz większą strukturę.
Wyścig firm i ośrodków naukowych o swój „kawałek tortu” doprowadził do rozpoczęcia komercjalizacji grafenu, którego właśnie jesteśmy świadkami. Na początku kwietnia w Anglii zaprezentowana bowiem została żarówka z użyciem tego materiału. Powstała częściowo na Uniwersytecie w Manchesterze i w laboratoriach kanadyjskiej firmy Graphene Lightning – jednym z jej szefów jest Colin Bailey, zatrudniony również na Uniwersytecie Manchester.
Zaskoczyć może fakt, iż nie jest to prototyp, a pełnowartościowy produkt, który już za kilka miesięcy będzie dostępny w sklepach. Żarówka ma kosztować 18 dolarów i, w założeniu twórców, ma zużywać o 10 proc. mniej energii oraz mieć trwalszą konstrukcję w porównaniu do żarówek typu LED. Jej wygląd ma nawiązywać do tradycyjnych żarówek, co może być niewątpliwą zaletą dla wielu konsumentów.
Czy będzie to wreszcie milowy krok uruchamiający lawinowe wykorzystanie grafenu? Czy zgodnie z zapowiedziami opanuje on elektronikę, medycynę, branżę wojskową, kosmiczną, a także ochronę środowiska, energetykę i przewróci nasze życie do góry nogami? Proszę Państwa, możemy wstrzymać oddech, gdyż nadchodzi grafen, gwiazda aktualnego „technologicznego sezonu”.