Posljednjih nekoliko godina, oko graphena se podizalo dosta prašine: najvažniji materijal budućnosti sa izvanrednim svojstvima, koje obećavaju revoluciju u svim aspektima našeg života. Dali je to zaista tako? Što je točno graphene i što možemo očekivati od njega?
Graphene je neuobičajena forma (alotrop ugljika) jednog od najčešćih elemenata na zemlji – ugljika. Otkriven je na sveučilištu u Manchesteru još davne 2004 godine. Njegov osnovni strukturni element je u obliku dvodimenzionalne, heksagonalne rešetke na atomskoj razini, u kojoj jedan atom formira svaki vrh.
Zbog ovakve strukture, ima mnogo zanimljivih i nevjerovatnih svojstava, poput velike gustoće, velike čvrstoće (Na primjer, graphene je otprilike 200 puta čvršći nego čelik i 6 puta lakši), velike elastičnosti, velike električne vodljivosti, velike toplinske vodljivosti i gotovo potpune prozirnosti.
Zbog svih ovih vrlina Grpahene se može primijeniti u izradi kompozitnih materijala, elektroničkih i logičkih sklopova, zaslona osjetljivih na dodir, izradi sunčanih ćelija i mnoštvo drugih stvari.
Od njegovog otkrića, znanstvenici traže praktične načine kako bi iskoristili ovaj izuzetan materijal. Mogućnosti su gotovo beskrajne, ali ovo su neke od grana industrije gdje možemo očekivati da će graphene uskoro napraviti revoluciju.
Procesori
Već duže vrijeme smo svjedoci da računalni čipovi prate Morreov zakon, što znači da poduplaju snagu otprilike svakih 18 mjeseci, ali se približavamo limitu po pitanju izrade sve manjih i manjih silikonskih tranzistora. Pa bi uskoro Morreov zakon mogao doći u pitanje.
Ali u tijeku su istraživanja da bi se utvrdilo kako graphene može biti korišten u kombinaciji sa slilkonom da bi se proizveli brži, manji i ekonomičniji procesori. IBM je investirao 3 milijarde dolara u istraživanje o graphene-u i očekuje se da će procesori sa grapheneom biti na tržištu do 2019. godine.
Očekuje se da bi čipovi sa graphene-om u sebi mogli imati potencijal da budu mnogo brži nego tradicionalni silikonski čipovi, tako da bi uspjeh na grpahene tehnologiji mogao biti nevjerovatan za svijet računala.
Baterije
Trenutno svi ovisimo o baterijama, neki manje neki više, ali u današnjem dobu pametnih telefona i ostalih prijenosnih uređaja, znanost konstantno traži načine kako ih napraviti da traju duže. Graphene obećava mnogo u ovom području.
Samsung je objavio da ima uspjeha sa povećanjem kapaciteta baterija pomoću integriranja graphenea u Lithium-ion baterije, također Dongxu je predstavio kako kažu prvi graphene battery pack. Dongxu tvrdi da je bateriju kapaciteta 4,800 mAh moguće napuniti u 15 minuta. Trenutno se još ne zna kada ce biti dostupna.
Uspiju li ovi proizvodi na tržištu ili ne, potencijal graphenea u baterijama je izuzetan. Ako zanastvenici uspiju riješiti tehničke probleme implementacije graphena u bateriju, to bi mogao biti jedan od najrevolucionarnijih događaja u posljednjih nekoliko desetljeća. Graphene baterija sa super kondenzatorima bi mogle trajati 5 puta duže, i napuniti se u djeliću vremena u usporedbi sa Lithium-ion baterijama sličnih dimenzija.
Uz to za razliku od Lithium-ion baterija, graphene baterije nisu toksične i nema rizika od eksplozija.
Sa graphene super kondenzatorima, pametni telefoni bi mogli trajati tjedan dana sa samo jednim punjenjem, električni automobili bi poboljšali svoj doesg na jednom punjenju tako da bi mogli bez problema konkurirati automobilima sa motorima s unutarnjim izgaranjem.
Punjenje bi trajalo u sekundama ili minutama, a ne satima, što je odlična novost, jer dugo punjenje je velika prepreka u implementaciji električnih automobila u svakodnevni život.
Credit: University of Cambridge, Tawfique Hasan
Tiskana elektronika
Graphene se može tiskati na papir (ili druge materijale), i to u formi električnih strujnih krugova, koji se mogu čitati sa RFID čitačima. Karte, osobne iskaznice, i tako dalje su naj očitije uporabe takve tehnologije, ali zapravo nema kraja mogućnostima. “Wearable electronics”, fleksibilni senzori i fleskibilni zasloni, čak i elektroničke tetovaže, sve bi to moglo postati uobičajena moda u skoroj budućnosti.
Senzori za kamere
Graphene je bitno osjetljiviji na svijetlo nego silikon koji se trenutno koristi u senzorima za digitalne kamere. To otvara nove mogućnosti kamera, da bolje rade pri slabijem osvijetljenju, što je odlična vijest za manje više sve fotografe i kamermane.
Nokia čak radi na pametnim telefonima koji će imati senzore za kamere bazirane na grapehenu, što će omogućiti i jeftiniju proizvodnju kamera, a uz to, kamere će zahtijevati manje energije pri korištenju.
Visoka transparentnost graphenea, koji propušta oko 97.7 % svijetlosti, također otvara potencijal za 3D kamere i za kamere na kojim se fokus slike može podesiti naknadno. Tehnologija dozvoljava korištenje više slojeva graphenea, koji mogu biti raspoređeni tako, da se može slikati sa mnoštvom točaka fokusa, a fokus se može čak namjestit nakon slikanja.
Poboljšani zvučnici
Zvučnici koje danas koristimo oslanjaju se na mehaničke dijelove koji vibriraju kako bi stvorili zvuk. To znači da je potrebno dovoljno fizičkog mjesta za te komponente da bi se mogle pokretati, i to limitira koliko mali zvučnici mogu biti i gdje se mogu smjestiti.
Znanstvenici u Koreji su koristili princip termoakustike – proizvodnja zvuka pomoću brzog zagrijavanja i hlađenja materijala – da bi napravili zvučnike od graphene areogela koji su tanki i uopće ne vibriraju. Takvi zvučnici bi bili idealni za mobilne uređaje i moglo bi ih se lako instalirati u televizijske zidove sa vrlo tankim ekranima.
Iako nema naznaka da ovaj proizvod dolazi na tržište uskoro, svakako je uzbudljiva i ova mogućnost napretka sa puno potencijala da promjeni svijet zvuka.
Čvrsti touch ekrani
S obzirom da je graphene skoro u potpunosti proziran, može ga se koristit i na staklu, pa ima potencijalnu mogućnost ojačati čvrstoću touch ekrana na pametnim telefonima.
Graphene je čvršći od dijamanta i zasloni obloženi grapheneom bi mogao postati gotovo neuništivi – ili se barem ekrani ne bi razbili ako nam mobitel ispadne na beton.
Pojačano staklo ima i mnogih drugih vidova uporabe, tako da možemo očekivati uskoroj budućnosti, zbog drugih svojstava graphenea, pametne prozore i pametna vjetrobranska stakla na automobilu.
Vaćno je napomenuti da Graphene zbog svoje elastičnosti, također omogućava fleksibilnim zaslonima da se saviju i da ne puknu kod savijanja.
Sportska oprema
Grafen je iznimno lagan i izuzetno čvrst, dva svojstva koja su vrlo poželjna u sportskoj opremi, a u većini sportova od Formule 1 do biciklizma, kada smanjite težinu svog vozila ili opreme, dobivate veliku prednost nad konkurencijom. Biciklizam je najočitiji, pri čemu vrhunski bicikli već danas koriste lagana ugljična vlakna.
No, također i sami možete zamisliti kako bi se ove prednosti mogle pojaviti u različitim područjima tehnološkog svijeta, gdje se korisnici neprekidno oduševljavaju sljedećom linijom pametnih telefona, prijenosnim računalima ili kamerama koje su brže, lakše i tanje od prethodnih. A ako se proizvodnja grafena pokaže kao jeftinija, još i bolje.
Graphene i budućnost
Gore navedene primjene graphenea su samo neke od mogućih upotreba ovog materijala, te ćemo najvjerojatnije neke držati u rukama već u skoroj budućnosti, ali također je ostalo široko područje, koje nismo ni dotakli u ovom članku, gdje bi se graphene mogao primijeniti, ko na primjer u medicini.
U budućnosti ćemo vidjeti hoće li graphene ostvariti velika očekivanja. Moguće je da će biti nepremostivih problema u proizvodnji ili možda cijena proizvodnje, pa bi neke od mogućih upotreba, spomenutih gore bile nepraktične, ali ako će i mali dio potencijala graphena biti realiziran, promijenit će svijet u kojem živimo.
Piše: S.M.
