Grafen – 3 razy twardszy niż powierzchnia diamentu. Czy jest materiałem XXI wieku?
Znikoma grubość, znikoma masa, własności optyczne, wysokie przewodnictwo elektryczne, wyjątkowa wytrzymałość mechaniczna, przewodnictwo termiczne. Dzięki swoim właściwościom grafen nie tylko może ulepszyć istniejące już produkty, ale pozwoli na stworzenie nowych, rewolucyjnych technologii. Czym jest ten przełomowy materiał?
Czysto naukowo Grafen to alotrop węgla w postaci pojedynczej warstwy atomów w dwuwymiarowej sześciokątnej siatce, w której jeden atom tworzy każdy wierzchołek. Jest to podstawowy element strukturalny innych alotropów, w tym głównie grafitu, ale też węgla drzewnego, nanorurek węglowych i fulerenów. Można go również uznać za nieokreślenie dużą cząsteczkę aromatyczną, ostateczny przypadek z rodziny płaskich wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych.
W praktyce jest to super-materiał, którego odkrycie w 2004 roku pozwoliło na rewolucję, nie tylko w świecie technologii. Dokonali tego naukowcy na Uniwersytetcie w Manchesterze. Za swój wynalazek otrzymali w 2010 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki “za przełomowe eksperymenty dotyczące dwuwymiarowego grafenu materiałowego”.
Do uzyskania grafenu niezbędny jest wysokiej jakości grafit. Dlatego przodownikami w jego wydobyciu stały się Chiny, ze względu na posiadanie dużych złóż wysokojakościowego amorficznego grafitu. Opatentowały one również technologię jego pozyskiwania, która jest kluczowa w dalszej produkcji.
Odpowiadając na pytania w skrócie:
Co to jest grafen? To najlżejszy, najcieńszy, najtwardszy i najmocniejszy materiał znany człowiekowi.
Z czego wykonany jest grafen? Wykonany jest z węgla, naturalnie występującego pierwiastka na ziemi o niekończącym się cyklu życia .
Kto odkrył grafen? Grafen został odkryty przez dwóch naukowców Andre Geima i Konstantin Novoselova.
Gdzie i kiedy został odkryty grafen? Grafen został odkryty w 2004 roku na Uniwersytecie w Manchesterze.
Gdzie produkowany jest grafen? Największym producentem grafenu są Chiny, ze względu na duże pokłady grafitu.
Ważne, aby zadać jednak najważniejsze pytania. Dlaczego grafen jest przełomowym odkryciem? Dlaczego jego wynalezienie jest takie ważne?
Gęstość grafenu jest 3 razy twardsza niż powierzchnia diamentu. Przy takiej samej masie grafen jest 200 razy mocniejszy niż stal, a zarazem tak elastyczny, że można go rozciągnąć o 20% bez utraty jego właściwości. Jest lżejszy niż włókno węglowe i wielokrotnie od niego mocniejszy. Dodatkowo posiada szereg rewolucyjnych właściwości, takich jak:
– Doskonałe przewodzenie ciepła oraz elektryczności. Zmierzona przewodność cieplna wynosi od 4840 ± 440 do 5300 ± 480 W/mK[7] (dla porównania srebro – 429 W/mK);
– Niewielka rezystywność;
– Bardzo wysoka ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej;
– Prędkość przepływu elektronów, wynosząca 1/300 prędkości światła w próżni, umożliwia badanie efektów relatywistycznych dla elektronu poruszającego się w przewodniku;
– Pojedyncza warstwa grafenu pochłania 2,24% białego światła, co sprawia, że jest on właściwie przezroczysty;
– Jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi 130 GPa, w porównaniu do ok. 0,4 GPa dla stali konstrukcyjnej lub kevlaru;
– Membrana z utlenionego grafenu nie przepuszcza gazów, a równocześnie jest całkowicie przenikalna dla wody.
Powyższe właściwości sprawiają, że grafen nadaje się do wytwarzania przezroczystych wyświetlaczy dotykowych i długowiecznych baterii. Może również znaleźć zastosowanie w produkcji energii odnawialnej z modułów fotowoltaicznych oraz filtrów wody. Dodatkowo czujniki z grafenu potrafią zarejestrować obecność szkodliwych cząsteczek substancji, co ma zastosowanie np. w monitoringu i ochronie środowiska.
Dla branży tekstylnej w tym odzieży ochronnej i BHP jego najlepszym zastosowaniem jest jednak możliwość wytwarzania włókna grafenowego. Dzięki właściwościom jakie grafen nadaje włóknom wykonane z niego tekstylia zapewniają szereg korzyści użytkownikowi. Stworzenie włókna grafenowego pozwoliło specjalistom ds. BHP zająć się niespełnionymi zagrożeniami i uczynić miejsce pracy bezpieczniejszym dla mężczyzn i kobiet. Największe zalety włókna grafenowego to między innymi:
Bakteriostatyka– regulacja bakterii i zahamowanie ich rozmnażania oraz wzrostu nowych bakterii;
Neutralizacja zapachów– zrównoważenie kwasowości potu ciała, neutralizując w ten sposób zapach związany z potem;
Regulacja termiczna– pochłanianie promieniowania, umożliwiając odprowadzanie ciepła;
Siła mechaniczna– ekstremalna odporność na przecięcia i ścieranie;
Odporność na promieniowanie UV – zabezpieczenie skóry przed poparzeniem oraz nadmiernym starzeniem się;
Środek odstraszający roztocza i komary– prócz bakteriostatyki zapewniona również ochrona przed insektami.
Grafen następcą krzemu?
Grafen nie jest jeszcze znany na szeroką skalę ze względu na trudności związane z jego produkcją. Tylko niewielu producentów na całym świecie potrafi wyodrębnić go z amorficznego grafitu. Obecnie wiele branż opracowuje metody pozyskiwania grafenu. Przykładem jest marka Kyorene, Lider w jego produkcji na potrzeby przemysłu tekstylnego (włókno grafenowe). Pomimo małej ilości produkowanego grafenu jego wydajność pozwala na tworzenie coraz to nowych produktów. Grafen to materiał w nanoskali. 1 gram wystarcza na 100 metrów kwadratowych. 1,5 grama grafenu może pokryć całe boisko piłkarskie. Dzięki temu, że grubość materiału wynosi równo jeden atom. Jego właściwości funkcjonalne wynikają z gęstości elektronowej.
Nie bez powodu grafen uważany jest za następcę krzemu, który również początkowo nie był rozpowszechniany na skalę światową. Dopiero niemal 100 lat po jego odkryciu pozwolił on na rewolucję komputerową, stając się powszechnie używanym materiałem.
Grafen wymieniany jest, jako kolejne przełomowe odkrycie po materiałach typu dynema, kewlar, czy włókna typu HPPE HDPE. Tak jak one z pewnością zrewolucjonizuje wiele dziedzin produkcji w tym branżę elektroniczną, lotniczą, budowlaną, motoryzacyjną, medyczną i tekstylną.
Dlatego już teraz zapraszamy do zapoznania się z ofertą rękawic grafenowych Kyorene dostępnych w naszym sklepie. KLIKNIJ TUTAJ
