Αν ήσασταν κοντά σε ένα επιστημονικό περιοδικό την τελευταία δεκαετία περίπου, θα έχετε συναντήσει κάποια μορφή υπερθετικού για το γραφένιο - το δισδιάστατο θαυματουργό υλικό που υπόσχεται να μεταμορφώσει τα πάντα, από την πληροφορική έως τη βιοϊατρική.
Υπάρχει πολλή διαφημιστική εκστρατεία για τις εφαρμογές του γραφενίου, χάρη σε μια χούφτα αξιοσημείωτων ιδιοτήτων. Είναι 1 εκατομμύριο φορές πιο λεπτό από μια ανθρώπινη τρίχα αλλά 200 φορές πιο δυνατό από το ατσάλι. Είναι ευέλικτο αλλά μπορεί να λειτουργήσει ως τέλειο φράγμα και είναι ένας εξαιρετικός αγωγός του ηλεκτρισμού. Συνδυάστε όλα αυτά μαζί και έχετε ένα υλικό με πολλές πιθανές επαναστατικές εφαρμογές.
Τι είναι το γραφένιο;
Το γραφένιο είναι άνθρακας, αλλά σε κυψελοειδή πλέγμα πάχους ενός ατόμου. Αν επιστρέψετε στα παλιά σας μαθήματα χημείας, θα θυμάστε ότι τα υλικά που αποτελούνται εξ ολοκλήρου από άνθρακα μπορεί να έχουν δραστικά διαφορετικές ιδιότητες, ανάλογα με το πώς είναι διατεταγμένα τα άτομά του (διαφορετικά αλλότροπα). Ο γραφίτης στο μολύβι σας, για παράδειγμα, είναι μαλακός και σκούρος σε σύγκριση με το σκληρό και διαφανές διαμάντι στο δαχτυλίδι αρραβώνων σας. Οι ανθρωπογενείς δομές άνθρακα δεν διαφέρουν. Το Buckminsterfullerene σε σχήμα μπάλας δρα διαφορετικά από τις περιελιγμένες διατάξεις των νανοσωλήνων άνθρακα.
Το γραφένιο αποτελείται από ένα φύλλο ατόμων άνθρακα σε ένα εξαγωνικό πλέγμα. Από τα παραπάνω, είναι πλησιέστερα σε μορφή με τον γραφίτη, αλλά ενώ αυτό το υλικό είναι κατασκευασμένο από δισδιάστατα φύλλα άνθρακα που συγκρατούνται από στρώμα επί στρώματος από ασθενείς διαμοριακούς δεσμούς, το γραφένιο έχει πάχος μόνο ενός φύλλου. Εάν μπορούσατε να ξεφλουδίσετε ένα μόνο στρώμα άνθρακα με ύψος ενός ατόμου από γραφίτη, θα είχατε γραφένιο.
Οι ασθενείς διαμοριακοί δεσμοί στον γραφίτη τον κάνουν να φαίνεται μαλακός και ξεφλουδισμένος, αλλά οι ίδιοι οι δεσμοί άνθρακα είναι ισχυροί. Αυτό σημαίνει ότι ένα φύλλο που αποτελείται αποκλειστικά από αυτούς τους δεσμούς άνθρακα είναι ισχυρό – περίπου 200 φορές περισσότερο από τον ισχυρότερο χάλυβα, ενώ ταυτόχρονα είναι εύκαμπτο και διαφανές.
Το γραφένιο έχει θεωρητικοποιηθεί εδώ και πολύ καιρό και παράγεται κατά λάθος σε μικρές ποσότητες για όσο διάστημα οι άνθρωποι χρησιμοποιούν μολύβια γραφίτη. Η κύρια απομόνωση και ανακάλυψή του, ωστόσο, είναι καρφωμένη στο έργο των Αντρέ Γκέιμ και Κονσταντίν Νοβοσέλοφ, το 2014 στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ. Οι δύο επιστήμονες φέρεται να πραγματοποίησαν «πειράματα Παρασκευής το βράδυ», όπου θα δοκίμαζαν ιδέες εκτός της καθημερινής τους δουλειάς. Κατά τη διάρκεια μιας από αυτές τις συνεδρίες, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ταινία scotch για να αφαιρέσουν λεπτά στρώματα άνθρακα από ένα κομμάτι γραφίτη. Αυτό το πρωτοποριακό κομμάτι της έρευνας οδήγησε τελικά στην εμπορική παραγωγή γραφενίου.
Αφού κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2010, ο Geim και ο Novoselov δώρησαν τον διανομέα ταινίας στο Μουσείο Νόμπελ.
Σε τι μπορεί να χρησιμοποιηθεί το γραφένιο;
Ένα σημαντικό πράγμα που πρέπει να σημειωθεί είναι ότι οι επιστήμονες αναπτύσσουν όλα τα είδη υλικών με βάση το γραφένιο. Αυτό σημαίνει ότι είναι μάλλον καλύτερο να σκεφτόμαστε τα «γραφένια», με τον ίδιο τρόπο που θα σκεφτόμασταν για τα πλαστικά. Ουσιαστικά, η έλευση του γραφενίου έχει το περιθώριο να οδηγήσει σε μια εντελώς νέα κατηγορία υλικού, όχι μόνο σε ένα νέο υλικό.
Δείτε σχετικά Τι είναι οι αναταράξεις; Η αποκάλυψη ενός από τα ερωτήματα εκατομμυρίων δολαρίων της φυσικής Η «Διαμαντένια βροχή» που βρέθηκε στον Ουρανό έχει αναδημιουργηθεί στη Γη – και θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση της αυξανόμενης ενεργειακής μας κρίσης Ο κβαντικός υπολογισμός ενηλικιώνεταιΌσον αφορά τις εφαρμογές, διεξάγεται έρευνα σε τομείς τόσο ευρείας κλίμακας, όπως η βιοϊατρική και τα ηλεκτρονικά, μέχρι την προστασία των καλλιεργειών και τη συσκευασία τροφίμων. Η δυνατότητα τροποποίησης της επιφανειακής ιδιότητας του γραφενίου, για παράδειγμα, θα μπορούσε να το κάνει εξαιρετικό υλικό για τη χορήγηση φαρμάκων, ενώ η αγωγιμότητα και η ευελιξία του υλικού θα μπορούσαν να προαναγγέλλουν μια νέα γενιά κυκλωμάτων οθόνης αφής ή αναδιπλούμενων φορητών συσκευών.
Το γεγονός ότι το γραφένιο είναι ικανό να σχηματίζει ένα τέλειο φράγμα σε υγρά και αέρια σημαίνει ότι μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί με άλλα υλικά για να φιλτράρει οποιονδήποτε αριθμό ενώσεων και στοιχείων - συμπεριλαμβανομένου του ηλίου, το οποίο είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο αέριο να μπλοκάρει. Αυτό έχει μια σειρά εφαρμογών όταν πρόκειται για τη βιομηχανία, αλλά θα μπορούσε επίσης να αποδειχθεί πολύ χρήσιμο για τις περιβαλλοντικές ανάγκες σχετικά με το φιλτράρισμα του νερού.
Οι πολυλειτουργικές ιδιότητες του γραφενίου ανοίγουν τις πόρτες σε έναν τεράστιο αριθμό σύνθετων χρήσεων. Ενώ έχει γίνει πολλή σκέψη για το πώς μπορεί να ενισχύσει τις προϋπάρχουσες τεχνολογίες, οι συνεχείς εξελίξεις στον τομέα θα οδηγήσουν τελικά σε εντελώς νέους τομείς που προηγουμένως θα ήταν αδύνατες. Θα μπορούσαμε να δούμε να αναδύεται μια εντελώς νέα κατηγορία αεροδιαστημικής μηχανικής; Τι γίνεται με τα οπτικά εμφυτεύματα επαυξημένης πραγματικότητας; Από την όψη του, ο 21ος αιώνας είναι όταν θα το μάθουμε.