A grafén, a csodaanyag

Mi az az anyag, amely jobban vezeti az áramot, mint réz, átlátszó, mint az üveg és ellenállóbb az acélnál? Össze lehet hajtani, mintha műanyagból lenne és lehet belőle készíteni olyan érintős képernyőt, amelyet összegöngyölve táskába lehet tenni? (Aiolus News)

Nem sci-fi, mert a tudósok már évek óta ismerik a grafént, de tulajdonságai, alkalmazási területei között még sok az ismeretlen. A tudomány világának egy része ezeket tanulmányozza, míg sokan már előállítási technikákon törik a fejüket. Ez utóbbiakhoz tartozik a japán Toyohashi University of Technology gárdája, amelyet Yuji Tanizawa vezet. A kutató csoportnak sikerült “ háziasítania” a campus közeli folyóból kihalászott mikroorganizmusokat és felhasználni nagyon vékony grafénlapok előállítására egy hibrid eljárással, amely kombinál kémiai és biológiai folyamatokat. Lehetséges, hogy ezzel új alkalom nyílik jó minőségű, alacsony árú és környezetkímélő grafén előállítására. A találmány egy karbonatom rétegből áll, amelyet egy méhléphez hasonló struktúrára helyeznek. Ez a kétdimenziós anyag ultravékony, rugalmas és 200-szor ellenállóbb az acélnál. Mivel kitűnő hő- és elektromosságvezető, elektronokat szállító tulajdonsága miatt máris úgy tekintik, mint a szilicium 3-at a jövő elektronikájában.

A grafén tulajdonképpen gyakorlatilag mindig a szemünk előtt van, amikor ceruzával írunk, mert a benne lévő grafit valójában a grafén rétegek egymásra helyezéséből áll. Az egyes rétegeket a milliméter három tízezred része választja el egymástól. Már a 20. század első felében próbálták meghatározni a grafén fizikai és kémiai tulajdonságait, a laboratóriumok alig foglalkoztak vele, mivel azt hitték, hogy atomszerkezete annyira instabil, hogy szobahőmérsékleten rétegeit lehetetlen létrehozni. A helyzet 2004-ben változott, amikor a manchesteri egyetem kutatói élen André Geim-el és Konsztantyin Novoszelovval izolálni tudták laboratóriumi körülmények között a grafént. 20l0-ben kaptak érte Nobel-díjat. Tanizawa és társai alternatív megoldásokat keresnek, mikroorganizmusokat használják fel. Sok olyan van, mint például a Shewanella oneidensis, amellyel ha három napon keresztül 28 fokon grafitoxidot lélegeztetnek, grafént lehet nyerni, még hozzá jó minőségűeket. Mindezt nem mérgező és nem drága eljárással.

A grafén legtöbbet ígérő gyakorlati alkalmazása az elektronikához kapcsolódik. 2010-ben, például, az IBM egy csapatának sikerült egy grafénes tranzisztort készítenie, amely 100 MHZ frekvencián túl is működik. Ahhoz azonban, hogy a grafénes processzorban nagyobb eredményeket is el lehessen érni, meg kell szüntetni a nagy áramveszteséget, ami miatt nem lehet egyetlen áramkörhöz sok tranzisztort kötni. Ezt az akadályt talán meg lehet szüntetni André Geim újabb felfedezésével, amelyről a Science publikált részleteket. Geim és társai tanulmányozták a grafén “ harmadik dimenziójának” lehetőségét azzal, hogy párosították az egyes rétegeit fémrétegekkel. Ezzel megteremtették a tranzisztor új generációját. A grafén alkalmas lehet gyorsabb digitális transzmissziós rendszerek létrehozásához is. Az anyag sűrűsége miatt nem engedi át a gázokat. Felmerült, hogy ezt a tulajdonságát fel lehet használni hatékonyabb filterek készítésénél, például, a biofütőanyagoknál. Miután gyakorlatilag kétdimenziós, alkalmazni lehetne a szabadban épített szenzorokhoz,amelyek érzékelni tudnák a toxikus anyagok jelenlétét.

Emellett még számtalan alkalmazási területe is lehet: érintős képernyők, nagyhatású akkumulátor, újgenerációs napelem, nanocsövek… Néhány hónappal ezelőtt még ismeretlen volt a mágneses tulajdonsága. Erre is a Geim-csoport jött rá és ezzel is szaporodott a felhasználási területe, de még mindig nincs minden feltárva. Mire szolgálhat a grafén? – kérdezték a tudóstól. „Nem tudom. Ez olyan, mintha száz évvel ezelőtt egy embernek mutattak volna egy darab műanyagot és megkérdezték volna tőle, hogy mit lehet belőle csinálni. Azt hiszem, egy kicsit mindent” – válaszolta André Geim.

Ajánlott tartalom

Megvan a lista kinek járhat az ingyen napelem – pályázati részletek

7 pontot kell elérnie ahhoz, hogy jó esélye legyen az ingyenes napelemes pályázaton.