Kas yra Grafenas?

Yra keletas medžiagų, kurios reklamuojamos kaip super medžiagos, todėl norint, kad jos būtų pripažintos, reikia keleto nuostabių savybių. Grafenas yra palyginti neseniai atrasta medžiaga, turinti daug įdomių savybių, pavyzdžiui, kokia ji tvirta ir lengva. Mokslininkai ir tyrinėtojai sunkiai dirba, tiria naujus grafeno gamybos būdus ir tiria galimus jo panaudojimo būdus.

Grafenas yra žmogaus sukurtas alotropas arba anglies forma. Jį sudaro šešiakampė struktūra, kaip ir grafite, tačiau tai yra tik vieno atomo storio lakštas, todėl jis yra ypač lengvas. Techniškai daugiasluoksniai lakštai vis dar vadinami grafenu iki maždaug 30 sluoksnių, po kurių jie vadinami grafitu.

Šešiakampėje struktūroje, kurią naudoja grafenas, trys iš keturių turimų elektronų sudaro stiprius sigma ryšius su trimis kitais anglies atomais. Galutinis turimas elektronas gali laisvai keliauti per visą grafeno lakštą. Viename anglies atome esantis laisvas elektronas daro grafeną laidų elektrai, o tyrimai parodė, kad jis gali būti laidesnis nei varis. Dėl trijų stiprių jungčių grafeną taip sunku nutraukti, kad jei pagamintumėte tokio pat storio plieno lakštą, grafenas būtų 100 kartų stipresnis nei stipriausias plienas.

Sugeriama tik 2,3% optinės šviesos, todėl grafenas atrodo beveik skaidrus, visų pirma dėl to, kad jis yra tik vieno atomo storio.

Bendras grafeno stiprumas, svoris ir skaidrumas buvo iliustruotas Nobelio premijoje, kurią 2010 m. įteikė du novatoriški tyrinėtojai. Vieno kvadratinio metro grafeno lakštas, paverstas hamaku, galėtų išlaikyti 4 kg sveriančią katę, o beveik visiškai skaidrus ir sveria tik tiek, kiek vienas iš katės ūsų – 0,77 miligramo.

Grafeno tyrimai atliekami daugelyje skirtingų studijų sričių, tokių kaip medicina, elektronika ir aplinkosauga. Vienas iš pagrindinių komercinį pritaikymą ribojančių veiksnių istoriškai buvo kaina. Tačiau per dešimtmetį nuo jo sukūrimo grafeno gamybos sąnaudos labai sumažėjo, o tai reiškia, kad pradeda atsirasti komercinių pritaikymų.

Viena iš pagrindinių pramonės šakų, kurioje vartotojai vieną dieną pamatys grafeno pokyčius, bus baterijos. Tyrimai parodė, kad grafenas galės saugoti didelius energijos kiekius mažesnėse ir lengvesnėse pakuotėse nei dabartinės ličio baterijos, kurios gali būti įkraunamos per kelias minutes, o ne valandas. Greičiausiai grafeno baterijos taip pat bus lanksčios, todėl jas bus galima lengvai susukti arba suformuoti į skirtingas formas.