Grafen - zastosowanie materiału przyszłości

GrafenZerkając w przyszłość zawsze mamy nadzieję, że tam kryje się odpowiedź na wiele problemów naszego świata. Elektronika, branża budowlana, medycyna - te i wiele innych dziedzin czeka na cudowny materiał, który okaże się wyjątkowy pod względem właściwości i uniwersalny pod względem zastosowania. Przyszłość rysuje się w ciemnych barwach - takich, jak najbardziej znane zdjęcie przedstawiające grafen unoszący się na płatkach kwiatu. Dowiedz się, czym jest i do czego można go zastosować?

Grafen i inne materiały przyszłości

Tytułowe zagadnienie z pewnością robi największą karierę wśród materiałów, z którymi wiąże się wielkie nadzieje. Nie jest jednak jedynym. Dlatego nim przejdziemy do charakterystyki tego materiału i jego zastosowań, poznajmy też inne.

Aerożele
To najlżejsze substancje stałe, mające gęstość niewiele większą od gęstości powietrza. Mają bardzo dobrą odporność na ściskanie i rozciąganie - wytrzymują nacisk 4000 razy ich własnej masy. Znajdują zastosowanie jako warstwa izolacyjna w skafandrach kosmonautów, a powoli również w lotnictwie.

Hydrożele
To w 95-98% woda. Resztę stanowią mikroskopijne drobinki gliny, poliakrylan sodu i tzw. łącznik G3. Znajdują zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym. Stosuje się je także do produkcji soczewek kontaktowych, implantów chirurgicznych, a nawet w leśnictwie, gdzie cienka warstwa hydrożelu stanowi ochronę systemu korzeniowego roślin przed utratą wilgoci.

Nanosrebro
To mikroskopijne cząsteczki wielkości od 1 do 5 nanometrów. Te jony srebra maja nieosiągalny do tej pory potencjał biobójczy. Z tego względu jest to naturalny i efektywny antybiotyk, ponieważ mikroorganizmy nie są w stanie rozwinąć na niego odporności, w przeciwieństwie do tradycyjnie stosowanych antybiotyków.

Pianka aluminiowa
To aluminium z dodatkiem wodorku tytanu, które pod wpływem temperatury rośnie. Po jej ostudzeniu powstaje materiał lżejszy od wody i bardzo wytrzymały mechanicznie. Jego kolejnymi zaletami jest izolacyjność cieplna, elektromagnetyczna i akustyczna. Materiał ten wykorzystywany jest w budownictwie, budowie statków, samochodów, lokomotyw, ogrodzeń, znaków i tablic drogowych.

To tylko niektóre z materiałów przyszłości. I choć znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, żaden z nich nie jest tak uniwersalny, jak grafen.

Otrzymywanie grafenu

Istnieje wiele metod pozyskiwania tego materiału.

  1. Należy do nich odrywanie mechaniczne przy użyciu taśmy klejącej z wysokiej jakości grafitu. Jednak nie jest to metoda na skalę przemysłową. Ze względu na duże koszty produkcji, służy raczej do zastosowań badawczych.
  2. Techniką wykorzystywaną w wielu laboratoriach na świecie jest CVD (chemical vapor deposition), czyli osadzanie z fazy gazowej. Koszty produkcji grafenu na miedzi są znacznie niższe, jednak jest on niższej jakości i nie może być stosowany do produkcji urządzeń elektronicznych.
  3. Kolejna metoda wytwarzania grafenu polega na rozkładzie termicznym SiC i pozwala otrzymać duże powierzchnie wysokiej jakości materiału. To wytwarzanie na węgliku krzemu - koszt jest bardzo wysoki, ale dzięki tej metodzie powstał pierwszy układ scalony na bazie tytułowego materiału.

Grafen - możliwe zastosowania

Elektronika jest tą dziedziną, w której zmiany wydają się być na pierwszy rzut oka niedostrzegalne. Dopiero gdy korzystamy z komputera, telefonu czy tabletu, dostrzegamy różnicę przy zmianie na nowy, lepszy model. Sprzęt musi być szybki, niezawodny, wygodny w użytkowaniu, a przy tym być odzwierciedleniem nowoczesnego designu. I tu tytułowy materiał może okazać się niezastąpionym. Jednym z możliwych zastosowań grafenu jest produkcja cienkich, elastycznych ekranów LED i OLED oraz elektronicznego papieru. Oznacza to, że może być on w przyszłości używany do produkcji telefonów ze zwijanym w rulon elektronicznym papierem, zaimplementowanym w urządzenie.

Zastosowanie grafenu obejmuje również produkcję paneli fotowoltaicznych. Prowadzone badania wykazały, że jego użycie, umożliwia ograniczenie kosztów produkcji paneli jednocześnie zachowując ich wydajność. W chwili obecnej, w budowie paneli wykorzystuje się elektrody platynowe, przez co koszty ich produkcji się wysokie.

Inna cecha grafenu, czyli waga w stosunku do powierzchni, sprawia, że może on być wykorzystany do produkcji superkondensatorów. Jeżeli uda się opracować odpowiednią technologię produkcji, będzie to oznaczało, że części te będą mogły być wykorzystywane jako magazyny energii elektrycznej w pociągach, tramwajach, samochodach i wielu innych urządzeniach.

Grafen (materiał przyszłości) może mieć szerokie zastosowanie w biologii i medycynie - posłużyć do wykonywania wytrzymałych implantów kości, w stomatologii i ortodoncji, a także w bioobrazowaniu.

Tytułowy materiał może znaleźć zastosowanie także w kardiologii i fitoterapii nowotworów. Jest on produktem nie cytotoksycznym oraz możliwe, że antybakteryjnym (sprzeczne rezultaty wymagają dalszych badań). Badania na komórkach nerwowych, chrzęstnych, kostnych i mięśniowych wskazują, że wspomaga różnicowanie się tychże komórek.

Poza powyższymi dziedzinami do potencjalnych zastosowań grafenu należą także:

  • tusze z jego dodatkiem mogą przewodzić prąd,
  • lakiery zwiększają swoja wytrzymałość i pochłaniają promieniowanie radarowe,
  • a materiały kompozytowe na jego bazie mogą znaleźć szerokie zastosowanie w niemal każdej dziedzinie przemysłu.

Perspektywy dla materiału przyszłości

Wyjątkowe właściwości tytułowego produktu sprawiają, że interesuje się nim coraz więcej laboratoriów i instytutów badawczych. Elektronika, medycyna, czy inne dziedziny przemysłu dopatrują się w tym materiale nadziei na uzyskanie bardziej efektywnych i trwalszych rozwiązań. Być może już za parę lat grafen będzie znany dla szerszej publiczności równie dobrze co krzem, stal czy miedź.

Komentarze