Mis on grafeen?

On vähe materjale, mida reklaamitakse kui supermaterjale, milleks tunnistamiseks on vaja üsna tähelepanuväärseid omadusi. Grafeen on suhteliselt hiljuti avastatud materjal, millel on mitmeid huvitavaid omadusi, näiteks kui tugev ja kerge see on. Teadlased ja teadlased teevad kõvasti tööd, uurivad uusi tehnikaid grafeeni tootmiseks ja uurivad selle võimalikke kasutusviise.

Grafeen on inimese loodud allotroop või süsiniku vorm. See koosneb kuusnurksest struktuurist nagu grafiit, kuid see on vaid ühe aatomi paksune leht, mis muudab selle äärmiselt kergeks. Tehniliselt mitmekihilisi lehti nimetatakse grafeeniks kuni umbes 30 kihini, pärast mida nimetatakse seda grafiidiks.

Grafeeni kasutatavas kuusnurkses struktuuris moodustavad kolm selle neljast saadaolevast elektronist tugevad sigma-sidemed kolme teise süsinikuaatomiga. Lõplik saadaolev elektron võib vabalt liikuda üle kogu grafeenilehe. Vaba elektron süsinikuaatomi kohta muudab grafeeni elektrit juhtivaks ja uuringud on näidanud, et see võib olla juhtivam kui vask. Kolme tugeva sideme tõttu on grafeeni purunemine nii raske, et kui teete sama paksu teraslehe, oleks grafeen 100 korda tugevam kui tugevaim teras.

Vaid 2,3% optilisest valgusest neeldub, muutes grafeeni peaaegu läbipaistvaks, seda peamiselt seetõttu, et see on vaid ühe aatomi paksune.

Grafeeni kombineeritud tugevust, kaalu ja läbipaistvust illustreeris Nobeli preemia, mille kaks teedrajavat teadlast pälvisid 2010. aastal. Ühe ruutmeetri grafeenileht, kui see oleks võrkkiigeks vormitud, suudaks toetada 4 kg kaaluvat kassi, samas on see peaaegu täiesti läbipaistev ja kaalub ainult sama palju kui üks kassi vurrud 0,77 milligrammi.

Grafeeni käsitlevaid uuringuid tehakse paljudes erinevates õppevaldkondades, nagu meditsiin, elektroonika ja keskkond. Üks peamisi kaubanduslikke rakendusi piiravaid tegureid on ajalooliselt olnud hind. Aastakümne jooksul pärast selle esmakordset loomist on grafeeni valmistamise kulud märkimisväärselt langenud, mis tähendab, et ilmuvad kaubanduslikud rakendused.

Üks peamisi tööstusharusid, kus tarbijad ühel päeval näevad grafeeni muutmas, on akud. Uuringud on näidanud, et grafeen suudab salvestada palju energiat väiksemates ja kergemates pakendites kui praegused liitiumakud, mis võivad laadida mõne minuti, mitte tundide jooksul. Grafeenpatareid on tõenäoliselt ka paindlikud, võimaldades neid kergesti rullida või erineva kujuga vormida.