Kas ir grafēns?

Ir daži materiāli, kas tiek reklamēti kā supermateriāli, un, lai tos atzītu par tādiem, ir nepieciešamas dažas diezgan ievērojamas īpašības. Grafēns ir salīdzinoši nesen atklāts materiāls, kam ir vairākas interesantas iezīmes, piemēram, cik stiprs un viegls tas ir. Zinātnieki un pētnieki smagi strādā, pētot jaunas metodes grafēna ražošanai un pētot tā iespējamos lietojumus.

Grafēns ir cilvēka radīts alotrops jeb oglekļa forma. Tas sastāv no sešstūrainas struktūras, piemēram, grafīta, bet tā ir tikai viena atoma bieza loksne, kas padara to ārkārtīgi vieglu. Tehniski daudzslāņu loksnes joprojām sauc par grafēnu līdz aptuveni 30 slāņiem, pēc tam to sauc par grafītu.

Sešstūra struktūrā, ko izmanto grafēns, trīs no četriem pieejamajiem elektroniem veido spēcīgas sigma saites ar trim citiem oglekļa atomiem. Galīgais pieejamais elektrons var brīvi pārvietoties pa visu grafēna loksni. Brīvais elektrons uz vienu oglekļa atomu padara grafēnu elektriski vadošu, un pētījumi ir parādījuši, ka tas var būt vadošāks nekā varš. Trīs stiprās saites padara grafēnu tik grūti saraujamu, ka, ja jūs izgatavotu līdzvērtīgi biezu tērauda loksni, grafēns būtu 100 reizes stiprāks par spēcīgāko tēraudu.

Tiek absorbēti tikai 2,3% optiskās gaismas, tāpēc grafēns šķiet gandrīz caurspīdīgs, galvenokārt tāpēc, ka tas ir tikai viena atoma biezs.

Grafēna kopējais stiprums, svars un caurspīdīgums tika ilustrēts Nobela prēmijā, ko abiem novatoriskajiem pētniekiem piešķīra 2010. gadā. Viena kvadrātmetra grafēna loksne, ja tā būtu veidota šūpuļtīklā, spētu noturēt 4 kg smagu kaķi, vienlaikus ir gandrīz pilnīgi caurspīdīgs un sver tikai tik daudz, cik viena no kaķa ūsām (0,77 miligrami).

Grafēna pētījumi tiek veikti daudzās dažādās studiju jomās, piemēram, medicīnā, elektronikā un vidē. Viens no galvenajiem komerciālo lietojumu ierobežojošajiem faktoriem vēsturiski ir bijis izmaksas. Tomēr desmit gadu laikā kopš tā pirmās izveides grafēna ražošanas izmaksas ir ievērojami samazinājušās, kas nozīmē, ka sāk parādīties komerciāli pielietojumi.

Viena no galvenajām nozarēm, kurā patērētāji kādu dienu redzēs grafēna ietekmi, būs akumulatori. Pētījumi ir parādījuši, ka grafēns spēs uzglabāt lielu enerģijas daudzumu mazākos un vieglākos iepakojumos nekā pašreizējās litija baterijas, kuras var uzlādēt dažās minūtēs, nevis stundās. Grafēna baterijas, iespējams, būs arī elastīgas, ļaujot tās viegli velmēt vai veidot dažādās formās.