Postanowiliśmy sprawdzić, jakie są możliwe zastosowania grafenu - materiału, którego nazwa jest ostatnio odmieniana przez wszystkie przypadki w kontekście nadziei na przełomowe rozwiązania inżynieryjne. Uporządkowaliśmy je w kolejności alfabetycznej. Ale zadaniem, które sobie postawiliśmy była także próba wyjaśnienia tego, czym tak naprawdę jest nowo produkowana w Polsce struktura. Założenie było jedno: im prościej, tym lepiej.
10 cm całej Polski
- Grafen to jest węgiel - wyjaśnia w rozmowie z dziennik.pl Zygmunt Łuczyński z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych. I wskazuje, że występuje on w bardzo wielu postaciach.
- Może być taki, którym palimy w piecu, i taki, który z tego pieca czasami wydobywamy jako sadzę, ale to nie wszystko. Węglem przecież jest także diament czy na przykład włókna węglowe. Te ostatnie to niezwykle mocne i elastyczne cienkie niteczki stosowane choćby w tyczkach sportowców - wylicza.
Grafen ma przy tym bardzo symetryczną strukturę, a swoim kształtem przypomina zbiór sześciokątów lub - jak chcą niektórzy - plaster miodu. Jest płaski - ma tylko dwa wymiary, a jego grubość to jeden atom, przekonują także naukowcy. W związku z tym nie da się go zobaczyć gołym okiem.
Taśmą klejącą w grafen
Metod uzyskiwania grafenu jest kilka. Polska, która zaczęła jego przemysłową produkcję, wykorzystuje kilka, przy czym koszt głównego surowca jest praktycznie żaden. Okazuje się, że tym może być propan lub butan, czyli gaz stosowany w kuchenkach gazowych.
Ciekawostką jest fakt, że Andrej Geim i Konstantin Nowosiołow, nobliści, którzy w 2004 roku odkryli grafen, początkowo przyklejali taśmę klejącą do bryłki grafitu. - Odrywali cząstki grafitu, potem przyklejali inną taśmę do tej taśmy, odrywali i tak kilka tysięcy razy. Aż doszli do cieniutkiego płatka niewidocznego gołym okiem - opowiada dyrektor Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych.
Teraz zapotrzebowanie na grafen ocenia się na mniej więcej 500 ton. W 2017 roku ma dojść do 1 tysiąca, a trzy lata później zbliżyć do 3 tys. ton.
***
Zastosowanie grafenu od A do Z
A jak atrament
Już pojawił się grafenowy atrament, który ma pozwolić drukować przewodzące materiały. Nie dość że będą one elastyczne i trwałe, to także tanie i odporne. Bliższych szczegółów na obecnym etapie nie ujawniono.
B jak baterie
Grafen może mieć też zastosowanie w superkondensatorach. To baterie, które bardzo wolno się rozładowują i równie szybko się ładują, co ma niebagatelne znaczenie w przypadku np. samochodów elektrycznych. Teraz trzeba je nierzadko ładować 6-10 godzin, a przecież można by np. w 30 sekund.
Ale można też sobie wyobrazić sytuację, że znajdą one zastosowanie w silnikach autobusów. Kierowca jeździ po mieście cztery godziny, a kiedy zatrzyma się na pętli na drugie śniadanie, to te 15 minut wystarczy także na ponowne naładowanie superkondensatora.
D jak dreamliner
Grafen jako tworzywo konstrukcyjne? To też możliwe, tym bardziej, że można łączyć go z innymi materiałami, w tym także metalami. Byłby to np. przełom w budowie samolotów, których obudowę do tej pory stanowił kompozyt metalowo-węglowy.
Zastąpienie różnych form węgla grafenem mogłoby poprawić nie tylko parametry maszyn, w tym np. odporność na zderzenia, ale także zmniejszyć ich masę o co najmniej kilka procent. Trzeba pamiętać, że w tej branży każdy kilogram ma znaczenie - linie lotnicze zastanawiają się bowiem, czy w ogóle malować swoje samoloty. Jeśli tego nie robią, maszyny korodują, w przeciwnym wypadku - przez Atlantyk wożą tony farby, zamiast setek pasażerów.
F jak farba
Jeden z pomysłów zakłada też dodawanie go do farb, którymi maluje się rurociągi z ropą naftową i gazem, a także zbiorniki paliwa w samochodach. Dzięki grafenowi nie byłoby możliwe gromadzenie się ładunków elektrycznych, które nierzadko - kiedy pojawiała się iskra - prowadziły do rozprzestrzeniania się awarii i pożarów.
I jak iPad
Akumulatory z wykorzystaniem grafenu montowane mogłyby być także w smartfonach i innych urządzeniach mobilnych. Ich ładowane do pełna trwałoby wówczas niespełna 5 sekund.
K jak komputer
Przyśpieszyć komputer nawet 500-krotnie? Nic prostszego, bo grafen niemal bez żadnych przeszkód przewodzi prąd. W efekcie mógłby on całkowicie wyprzeć z rynku technologie oparte na krzemie.
M jak maszyny
Ale grafen może też znaleźć zastosowanie w ochronie środowiska. Czujniki z niego wykonane mogą rejestrować nawet pojedyncze cząsteczki szkodliwych substancji.
O jak opatrunkowe środki
Właściwości antyseptyczne grafenu mogą oznaczać, że można by go stosować w środkach opatrunkowych, szczególnie tych, które nakłada się na otwarte rany. Dodatkowo fakt, że struktura zabija bakterie, wydłużałby czas zmiany opatrunków. Do tej pory starano się środki opatrunkowe wyjaławiać, tak by nie przenosiły dodatkowych bakterii, co nie zawsze okazywało się skuteczne.
Poza tym grafen można byłoby stosować w opakowaniach produktów spożywczych - pozwoliłyby to dłużej zachować ich świeżość.
P jak przewody
Gdyby udało się zastosować aluminium lub miedź w połączeniu z grafenem w przewodach elektrycznych, np. w kablach wysokiego napięcia, to poprawi się ich przewodność eklektyczna. To z kolei może się przełożyć na oszczędności rzędu miliardów odpowiednio złotych, euro, dolarów, szacują naukowcy.
R jak rak i jego leczenie
Wstępne wyniki badań prowadzone przez Szkołę Główną Gospodarstwa Wiejskiego są obiecujące. Komórki nowotworu (glejaka – na nim prowadzone są próby) umierają i nie pozostawiają wyjątkowo szkodliwych pozostałości, wywołujących stany zapalne, a nierzadko prowadzących do śmierci. Wszystko dzięki temu, że grafen otacza komórkę rakową i uniemożliwia jej kontakt ze środowiskiem.
S jak szyba
Ale grafenem - niedostrzegalnym dla oka - pokryć można także szybę w samochodzie, także przednią. Nie dość że będzie bardzo mocna, to może służyć także jako dotykowy wyświetlacz. Poza tym po podłączeniu do elektryczności, szyba zacznie się nagrzewać i nie będzie np. parować. Intensywne testy w tej dziedzinie prowadzi już np. Volkswagen.
T jak tablet
Przyszłością jest także elastyczna elektronika i wcale nie trzeba będzie na nią czekać dziesięć lat. Za dwa-trzy lata mogą się pojawić ekrany zwijane w rulon czy np. noszone jak bransoletka. Będą mogły przybierać dowolne kształty. Do lamusa odejdą nośniki noszone pod pachą, duże płaskie przedmioty kształtem przypominające pudełko lub kostkę, choćby nawet najcieńsze.
W jak woda
Choć grafen jest nieprzepuszczalny dla gazów, to może być przepuszczalny dla wody. W efekcie wykorzystywany jest już np. w filtrach do wody - do jej odsalania. Takie testy już prowadzi koncern Lockheed-Martin.
