Вести
08.06.2020.Графен – материјал неограничених могућности
Иако је ова школска година на измаку, то не значи да ученици не треба да науче нешто ново и занимљиво. У овом тексту говорићемо о графену, материјалу који се први пут у практичној употреби нашао у производњи спортске опреме и авио-индустрији.
Први производ на тржишту који је садржао графен био је тениски рекет који се појавио 2012. године. Рекет су у тој сезони користили најбољи играч света Новак Ђоковић и Марија Шарапова. У рекету је мала количина графена унета у средишњи део, између главе и дршке, што је повећало чврстоћу конструкције и смањило окретање главе приликом удара лоптице. Касније су се појавиле гуме за спортске бицикле и кациге ојачане графеном, затим лакше, а чвршће спортске патике, обућа са оптимизованим трењем ђонова и ојачани рамови за бицикле. Потенцијал у авио-индустрији демонстриран је кроз пример беспилотне летелице чија крила и пропелер садрже графен, што умањује трење и тежину летелице.
Откриће графена
Једног петка 2004. године двојица Руса, Андре Гајм и Константин Новоселов, приводили су крају радну недељу у Гајмовој лабораторији на Универзитету у Манчестеру. Обичај је био да сваког петка после подне осмисле неки експеримент који би могао да се заврши за неколико сати и који би задовољио знатижељу о некој теми која се тангенцијално дотиче њиховог истраживачког рада. Тако је Гајм неколико година раније открио да, иако вода има само слабо магнетно поље, када се убаци у средиште веома јаког електромагнета, она реагује са јаким пољем у довољној мери да се одупре гравитационом пољу Земље. Осим што је на тај начин левитирао капљице воде, направио је и снимак живе жабе која левитира у јаком магнетном пољу. За овај свој експеримент Гајм је добио такозвану Ig-Nobel награду, која се додељује за експерименте који прво насмеју човека, а онда га наведу на размишљање (Ig-Nobel је игра речима која, преведена са енглеског језика, значи нечасно или неславно).
Заједно са Новоселовим, Гајм је приступио једном сасвим друкчијем експерименту. Узели су велики кристал графита и почели да га раслојавају лепљивом траком. Залепили би траке на обе стране кристала и, када би те траке раздвојили, кристал би се стањивао цепањем. Овај процес је донекле сличан писању графитном оловком по папиру, током којег се графит раслојава на делове који остају на папиру и оне који остају у мини оловке. Поновивши поступак неколико пута, Гајм и Новоселов су на лепљивој траци уочили делове графита који су изгледали сасвим танко. Траку са танким деловима су затим прилепили на равну чврсту плочицу силицијума коју су имали при руци и затим је пажљиво одлепили са плочице. Приступили су марљивом прегледању површине силицијума под микроскопом, у потрази за најтањим слојевима графита које су могли да нађу. На њихово велико изненађење, открили су да на овај начин могу да добију графен!
Иако нису знали како да препознају један слој атома на некој подлози, одабрали су најтање делове које су пронашли и, користећи савремене алатке за мерење дебљине, утврдили да графена на плочици заиста има. Дебљина овог слоја је само 0,34 нанометра, што је око 3 000 000 пута мање од једног милиметра. Убрзо су на графен нанели минијатурне електричне контакте и потврдили да се електрони понашају попут честица без масе, као што је и било предвиђено шездесетак година раније. За ово своје откриће, и због огромног интересовања научне заједнице које је откриће побудило, ова два научника су добила Нобелову награду за физику 2010. године. Тако је Гајм постао први човек који је добио и награду Ig-Nobel и Нобелову награду.
После открића графена уследила је права навала научне заједнице на овај материјал. Ни 15 година касније број објављених научних радова о графену широм света не јењава. Слободно се може рећи да је у тако кратком року ово најиспитиванији материјал у историји човечанства.
Механичка својства графена такође су привлачна за израду акустичких елемената, нарочито микрофона и звучника.
Графен у мобилним уређајима
Због своје мале дебљине графен је скоро потпуно провидан материјал. Ово га чини изузетно занимљивим за примену у провидним проводницима, на пример, као слој који је осетљив на додир у савременим екранима. Графен је у потпуности компатибилан са овим правцем технолошког развоја јер се може употребити у мастилима за 3Д штампу за добијање флексибилних провидних проводних елемената.
Термална проводљивост графена такође је изузетно велика, реда величине 5000 вати по миликелвину, што је око пет пута више него код дијаманта и око 1000 пута више него код термалних пасти које се данас користе. У пракси то значи да се мешавине графена у облику пасте могу користити као термални проводник за хлађење електронских компоненти.
Пре неколико година компанија „Huavej“ је објавила да је употребом графена максимална оперативна температура литијум-јонске батерије подигнута за читавих 10 степени, а да је под истим радним условима батерија хлађена графеном за 5 степени хладнија од стандардне. Ова употреба графена је веома битна када се узме у обзир чињеница да је примарни разлог деградације савремених електронских уређаја управо прекомерно загревање током рада.
Узевши у обзир изузетне физичке и хемијске особине овог материјала и широк спектар могућих примена, може се констатовати да се графен са правом назива нова пластика – јер, као што је пластика трансформисала привреду 20. века, очекује се да графен и други 2Д материјали ураде исто у 21. веку.
Др Марко Спасеновић, Институт за хемију, технологију и металургију
Преузето из часописа „Млади физичар”,
број 135, март 2020.