NANOTECHNOLÓGIA | Átlátszó, rugalmas és rendkívül ellenálló grafén, a jövő anyaga. Átlátszó, rugalmas, rendkívül ellenálló, vízálló, bőséges, olcsó és jobban vezeti az áramot, mint bármely más ismert fém. Grafénról beszélünk, arról az anyagról, amely fantasztikus tulajdonságai miatt elbűvölte a tudósokat és az ipart. Bár szintetizálták az első […]

grafén

Grafén

NANOTECHNOLÓGIA | Átlátszó, rugalmas és rendkívül ellenálló grafén, a jövő anyaga. Átlátszó, rugalmas, rendkívül ellenálló, vízálló, bőséges, olcsó és jobban vezeti az áramot, mint bármely más ismert fém. A grafénről beszélünk, arról az anyagról, amely fantasztikus hatása miatt elbűvölte a tudósokat és az ipart.

NANOTECHNOLÓGIA | Átlátszó, rugalmas és rendkívül ellenálló
Grafén, a jövő anyaga

Átlátszó, rugalmas, rendkívül erős, vízálló, bőséges, olcsó, és jobban vezeti az áramot, mint bármely más ismert fém. Grafénról beszélünk, arról az anyagról, amely fantasztikus tulajdonságai miatt elbűvölte a tudósokat és az ipart.

Bár először 2004-ben szintetizálták, 2010-ben vált híressé, amikor felfedezői, Andre Geim (Szocsi, 1958) és Konstantin Novoselov (Nyizsnyij Tagil, 1974) orosz származású kutatók Nobel-fizikai díjat kaptak. Ahogy Andre Geim akkor rámutatott, a grafén lehetséges alkalmazásai olyan sokak, hogy fel sem tudták sorolni őket.

A grafénelektródákból készült prototípus akkumulátorok tízszer tartósabbak és sokkal kevesebb idő alatt töltődnek fel
Ez a sokoldalú anyag lehetővé teszi rugalmas és átlátszó képernyőkkel ellátott, ultragyors akkumulátorokkal rendelkező elektronikus eszközök gyártását az erőteljes napelemek számára, elfelejtve a repülés, az orvostudomány és más jelenleg vizsgált ágazatok alkalmazási területeit. Ezenkívül kiváló alap az új, egyedi igények szerinti egyedi anyagok készítéséhez. Vagyis olyasmi, mint a la carte anyagok.

A grafén tulajdonságainak vizsgálata nagyszámú tudóst foglalkoztat szerte a világon, amelyek közül kiemelkedik a spanyol elméleti fizikusok hozzájárulása.

Fejlesztési szakaszban

Mindenki beszél erről az anyagról, bár kevesen látták. És az az, hogy ígéretes alkalmazásai ellenére még mindig fejlesztési szakaszban van. A grafén rendkívül vékony szénből készült lemez (csak egy atom vastagságú). A grafit, amelyből előáll, megegyezik a szénbányákból kivont, ceruzák, autófékek vagy acélok készítéséhez, tehát nagyon bőséges alapanyag a természetben. A grafén megszerzéséhez kiindulhat természetes grafitból (a spanyol bányák gazdagok ebben az ásványban) vagy szintetikus grafitból.

A mai fő akadály azonban az, hogy egyelőre nem lehet grafént nagy mennyiségben előállítani - állítja Jesús de la Fuente, a Graphenea Nanomaterials spanyol vállalat igazgatója, egyike azon kevés cégeknek, amelyek jelenleg ezt az anyagot gyártják. Az Avanzare és a GranphNanotech két másik spanyol vállalat, amely ezzel az anyaggal dolgozik.

A grafén előállításának számos módja van. A ragasztószalag (mechanikus hámlasztás) volt a Geim első módszere a szigetelésére, és felhasználható néhány kísérlethez, de az ipar számára nem érvényes módszer. Alapvetően kétféle módon kerül forgalomba: fólia és por formátumban.

Grafén lap

A San Sebastiánban székhellyel rendelkező Graphenea egyike a három fő graféngyártónak világszerte (két versenytársa az Egyesült Államokból származik): „Nagy tisztaságú és a legjobb tulajdonságokkal rendelkező grafén. Elemelektródák, érintőképernyők, napelemek, nagyfrekvenciás digitális és analóg elektronika vagy korszerű kompozitok gyártására használják a repüléshez "- magyarázza De la Fuente egy telefonbeszélgetés során.

Ennek előállításához nem grafitot használunk, hanem inkább metángázt, amelyet a kémiai gőzfázisú leválasztás technológiájával alakítanak át: "Ez az egyik nagy előny, mivel nem függünk egyetlen ásványi terméktől sem"

Grafénminta szilíciumlemezen. | Graphenea
Az ár a méret és a tulajdonságok szerint változik. Az elmúlt években már a felére esett. A grafénlap ára 300 és 1000 euró között van, ami nagyon megfizethető adat a kutatási fogyasztáshoz, de magas más felhasználásokhoz. De la Fuente kifejti, hogy arra számítanak, hogy az ár továbbra is fokozatosan csökken, és "középtávon (körülbelül öt év alatt) olcsóbb lesz, mint a szilícium, amely jelenleg körülbelül 50 euróba kerül". „A piac előrehaladtával az ár csökkenni fog. Gyakorlatilag ugyanannyiba kerül egy lap előállítása, mint 100 000 "- mondja.

Ez a vállalat 2011 nyara óta szállít anyagokat ügyfeleinek, mind a kutatóközpontoknak, mind a nagyvállalatoknak. „Termelésünk 99% -át külföldön értékesítjük, bár Spanyolországban nagyon sok kutatási tevékenység folyik. Az „induló” vállalatok néhány kezdeményezést végrehajtanak, míg a nagyvállalatok várakoznak ”- magyarázza.

Sokkal tartósabb elemek

„Az általunk forgalmazott grafént elsősorban tesztelésre használják. Sok munka folyik az energiatároláson. Ultrakondenzátorokban (személygépkocsikhoz, elektromos vonatokhoz és az elektromos elosztóvezetékek teljesítményének javításához) és akkumulátorokban. A grafénelektródákról kiderült, hogy az elemek tízszer tartósabbak ».

Valójában ez az anyag megoldhatja az okostelefonok egyik nagy hátrányát, amelyek akkumulátorai alig bírnak egy napot. A grafénelektródákkal készült prototípus akkumulátorok tízszer tartósabbak, mint a piacon forgalmazott telefonokban használtak, és sokkal kevesebb idő alatt (körülbelül fél óra alatt) töltődnek.

Néhány évbe telik azonban élvezni ezeket az elemeket. De la Fuente szerint a Nokia (fő kliense) további öt évig nem tervezi a grafénnel készült eszközök forgalmazását.

A grafén használható OLED (Organic LED) televíziókban is, amelyek szerves anyagokból készülnek, és fenntarthatóbbak lesznek a környezettel kapcsolatban: „Most ritkaföldfémeket, például indiumot használnak anyagként, amelyek nagyon nagy környezeti hatással bírnak. Továbbá ára tízszeresére szorzott. Az ipar gazdaságosabb és fenntarthatóbb helyettesítőt keres, ezért a grafén jelenik meg az egyik alternatíva.

A napelemekkel kapcsolatban De la Fuente kifejti, hogy a cél az, hogy 42% -kal hatékony cellákat érjenek el (vagyis a kapott napenergia 42% -át villamos energiává alakítsák át. A jelenleg piacon lévők hatékonysága kb. 16%). %).

Grafén por

A grafénport olyan alkalmazásokban használják, amelyek olcsóbb anyagot igényelnek, például egy épület-kompozitból (gyakran más anyagokkal keverik össze). Tulajdonságai nem olyan jók, mint a lapgraféné, és rosszabbul vezeti az áramot. A termék iránti kereslet, amelynek ára a tisztaságától függ, továbbra is csekély. Az alacsony minőségű költségek kevesebb, mint 10 euró/gramm, míg a kiváló minőségűé körülbelül 100 euró.

Grafén-oxid és grafénpor. | Graphenea.
"Nagyon versenyképes vitorlás csapatokkal is együttműködünk, amelyeknek szükségük van a szénszálak kiegészítésére (a grafén javítja őket)." Néhány laboratóriumi vizsgálatot is végeztek annak beépítésére az építkezésbe, bár De la Fuente nehéznek tartja az alkalmazását ebben az ágazatban, mivel "nagyon nagy mennyiségekre és olcsó árakra van szükség".

A tudósok tanulmányozzák az orvostudomány lehetséges alkalmazási lehetőségeit is. Például bioszenzorok készítésére és a DNS kimutatására. "Spekulálnak a neuronimplantátumok előállításának és a sérült idegszövetek regenerálásának lehetőségéről is" - mondja De la Fuente, bár arra figyelmeztet, hogy ezeknek az orvosi fejlődésnek az elérése esetén is évekbe telik.

Elsa Prada, a CSIC madridi anyagtudományi intézetének kutatója a maga részéről arra hívja fel a figyelmet, hogy a grafén felhasználható biológiai berendezésekben, gyógyszerek és élelmiszerek baktériumölő csomagolásában, valamint könnyebb és ellenállóbb kompozit anyagok részeként is repülőgépek, autók stb.).

Rendkívüli tulajdonságai ellenére a grafén nem tökéletes. Ez azonban nagyon alkalmas alapnak tűnik az általa ihletett új anyagok kifejlesztéséhez és új előnyök beépítéséhez. Mármint valami tökéletesített grafén. Az egyik legújabb fejlemény ezen a vonalon az úgynevezett mesterséges grafén, egy kutatás, amely nemrégiben megjelent a „Nature” folyóiratban, és amelyben a spanyol Paco Guinea, a világ egyik vezető grafénszakértője vesz részt.

A madridi anyagtudományi intézet (CSIC) kutatójának a Stanford Egyetem (Kalifornia) amerikai kollégáival együtt olyan anyagot sikerült elkészítenie, amely - mint ennek az újságnak elmagyarázza - „lehetővé teszi a grafén legexotikusabb tulajdonságainak manipulálását a nagy pontosság ". Az úgynevezett mesterséges grafén az első lépés a grafénhez minőségileg hasonló tulajdonságú anyagok nagy léptékű szintetizálására. "Tanulmányozhatja azokat a tulajdonságokat, amelyeket még nem figyeltek meg a valódi grafénben, mert nem rendelkezik a szükséges tisztasággal" - mondja egy e-mailben.

Graféngyártás a Graphenea vállalatnál, San Sebastiánban.
Ezt az új anyagot szén-oxid molekulák réz felületre helyezésével és mozgatásával állították elő, bár Guinea szerint "más fémek is használhatók". Egyelőre "a mesterséges előállítása drágább, mint a másik graféné".

Mielőtt grafénből készült termékeket látna, Guinea úgy véli, hogy "csökkenteni kell a költségeket". A kutató reméli, hogy "annak bemutatása, hogy a mesterséges grafén előállítható, más csoportokhoz is hozzájárul a gyártási technikák fejlesztéséhez".

Inspiráló más anyagokból

A grafén által inspirált két kétdimenziós anyag közül az Elsa Prada kiemeli a fluorografent (a teflon kétdimenziós analógja, rendkívüli kenési és szigetelési tulajdonságokkal), a hatszögletű bór-nitridet (nagy keménységű kristályos és átlátszó szigetelő, amely grafénnel kombinálva van) javítja elektromechanikai tulajdonságait), molibdén-diszulfid (egy másik kétdimenziós kristály, ígéretes tulajdonságokkal rendelkezik egy új osztályú tranzisztorok felépítéséhez) vagy szilikon (szilíciumból készült grafén változata. A grafénnel közös tulajdonságokkal rendelkezik, és előnyként könnyen integrálható a jelenlegi szilícium alapú elektronikával).

Prada, aki Konstantin Novoselovval, a grafén egyik felfedezőjével dolgozott együtt, kiemeli a spanyol tudomány magas szintjét ezen anyag tanulmányozása során: «Az EU zászlóshajó projektjének spanyol csomópontja az egyik legaktívabb, és elősegíti az alapkutatást valamint ezen ismeretek átadása az ipar számára ", ez a feladat, amelynek sikere" nagy összeggel jár majd a spanyol graféntechnológia kutatásához és fejlesztéséhez "- teszi hozzá a Prada.

«A válság idején a mieinknek fogadniuk kell arra, hogy potenciális és keresleti megoldások és termékek előállítójává (és nem csak fogyasztójává) váljunk. Különösen a grafén kínálhat számunkra lehetőséget arra, hogy a jövőbeni technológia vezetői és exportálói legyünk "- zárja.