Mi a grafén és mit tud megtenni?

Ha az elmúlt évtizedben járt a tudományos folyóirat közelében, akkor találkozott valamilyen szuperlatívummal a grafénről - a kétdimenziós csodaanyagról, amely azt ígéri, hogy mindent átalakít a számítástól a biomedicináig.

Nagyon sok hype van a grafén alkalmazásaival kapcsolatban, egy maroknyi figyelemre méltó tulajdonságnak köszönhetően. Milliószor vékonyabb, mint egy emberi haj, de 200-szor erősebb, mint az acél. Rugalmas, de tökéletes akadályként szolgálhat, és kiválóan vezeti az áramot. Tedd össze mindezt, és anyagod lesz, amely számos forradalmi alkalmazást tartalmaz.

nem lehet visszaállítani a biztonsági kérdéseket

Mi a grafén?

A grafén szén, de egy atom vastag méhsejtes rácsban van. Ha visszanyúl régi kémiaóráihoz, emlékezni fog arra, hogy a teljes egészében szénből készült anyagok drasztikusan eltérő tulajdonságokkal bírhatnak, attól függően, hogy atomjai hogyan rendeződnek (különböző allotrópok). A ceruzavezetékben lévő grafit például puha és sötét az eljegyzési gyűrű kemény és átlátszó gyémántjához képest. Az ember alkotta szénszerkezetek nem különböznek egymástól; a gömb alakú Buckminsterfullerene másképpen hat, mint a szén nanocsövek tekercselt elrendezése.

A grafén egy szénatom lapból készül, hatszögletű rácsban. A fentiek közül formában áll a legközelebb a grafithoz, de míg ez az anyag kétdimenziós szénlemezekből készül, amelyeket rétegenként rétegenként gyenge molekuláris kötések tartanak, a grafén csak egy lap vastagságú. Ha képes lenne egyetlen, egy atomig magas szénréteget hámozni a grafitból, akkor lenne grafénje.

A grafit gyenge intermolekuláris kötései puhának és pelyhesnek tűnnek, de maguk a szénkötések robusztusak. Ez azt jelenti, hogy a kizárólag ezekből a szénkötésekből álló lemez erős - körülbelül 200-szor nagyobb, mint a legerősebb acélé, ugyanakkor rugalmas és átlátszó.

A grafént hosszú ideje elméleti alapon állítják elő, és véletlenül kis mennyiségben állítják elő, amíg az emberek grafitceruzát használnak. Fő elszigeteltsége és felfedezése azonban Andre Geim és Konstantin Novoselov 2014-ben, a manchesteri egyetemen végzett munkájára támaszkodik. A két tudós állítólag péntek esti kísérleteket tartott, ahol ötleteket teszteltek a nappali munkájukon kívül. Ezen ülések egyikén a kutatók scotch-szalaggal vékony szénrétegeket távolítottak el egy grafitdarabból. Ez az úttörő kutatás végül a grafén kereskedelmi előállításához vezetett.

Miután 2010-ben elnyerte a fizikai Nobel-díjat, Geim és Novoselov adományozta a szalagadagolót a Nobel Múzeumnak.

hogyan lehet feloldani a letöltéseket a krómon

Mire használható a grafén?

Fontos megjegyezni, hogy a tudósok mindenféle anyagot fejlesztenek a grafén körül. Ez azt jelenti, hogy valószínűleg jobb a grafénekre gondolni, ugyanúgy, mint a műanyagokra. Lényegében a grafén megjelenésének lehetősége van egy teljesen új anyagkategóriához vezetni, nem csak egy új anyaghoz.

Lásd kapcsolódó Mi a turbulencia? A fizika egyik millió dolláros kérdésének feltárása, az „Uránuson talált gyémánteső” újrakezdődött a Földön - és ez segíthet megoldani egyre növekvő energiaválságunkat. A kvantumszámítás nagykorúvá válik

Az alkalmazásokat illetően olyan széles körű kutatások folynak, mint a biomedicina és az elektronika, a növényvédelem és az élelmiszer-csomagolás. Ha például módosíthatja a grafén felületi tulajdonságait, az kiemelkedő anyag lehet a gyógyszeradagoláshoz, míg az anyag vezetőképessége és rugalmassága az érintőképernyős áramkörök vagy az összehajtható hordható eszközök új generációját jelentheti be.

Az a tény, hogy a grafén tökéletes gátat képes képezni a folyadékok és gázok elől, azt jelenti, hogy más anyagokkal együtt bármilyen számú vegyület és elem kiszűrésére is alkalmas - beleértve a héliumot is, amelyet kivételesen nehéz gátolni. Ennek számos alkalmazási területe van az iparban, de nagyon hasznosnak bizonyulhat a vízszűrés környezeti igényeihez is.

A grafén multifunkcionális tulajdonságai hatalmas mennyiségű kompozit felhasználás előtt nyitják meg az ajtókat. Míg sok gondolat merült fel abban, hogy miként lehetne fellendíteni a már meglévő technológiákat, a folyamatos fejlődés ezen a területen végül egészen új területekhez vezet, amelyek korábban lehetetlenek lettek volna. Láthatnánk, hogy egy teljesen új repüléstechnikai osztály alakul ki? Mi a helyzet a kibővített valóság optikai implantátumokkal? Kinézetéből a 21. század az, amikor megtudjuk.