Kartais technologijų istorijoje atsiranda medžiaga, kuria žadama pakeisti beveik viską: elektroniką, energetiką, mediciną, statybas ir net kosmoso pramonę. Grafenas būtent toks ir buvo. Vos vieno anglies atomų sluoksnio kristalas atrodė kaip beveik idealus inžinerinis sprendimas – lengvas, neįtikėtinai tvirtas, laidus elektrai ir šilumai. Tačiau nuo laboratorinio proveržio iki masinės rinkos kelias pasirodė gerokai ilgesnis, nei iš pradžių manyta.
Nuo laboratorinio stebuklo iki pramonės žaliavos
Grafenas pasaulio dėmesį patraukė 2004 metais, kai Andre Geimas ir Konstantinas Novosiolovas Mančesterio universitete iš grafito gavo vos vieno atomo storio sluoksnį. Už šį darbą mokslininkai 2010-aisiais buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija.
Medžiagos savybės iš tiesų įspūdingos. Grafenas yra itin atsparus mechaninei deformacijai, gerai praleidžia elektros srovę, o šilumą perduoda efektyviau nei daugelis įprastų medžiagų. Be to, jis beveik skaidrus ir lankstus. Šis derinys sukėlė didžiulį susidomėjimą: atrodė, kad tereikia išspręsti gamybos klausimą, ir grafenas netrukus taps daugelio kasdienių prietaisų pagrindu.
Tačiau laboratorinis mėginys ir pramoninis produktas – ne tas pats. Aukščiausios kokybės grafeną pagaminti dideliu kiekiu vis dar sudėtinga ir brangu. Pramonėje dažnai naudojami ne vientisi, tobuli lakštai, o įvairaus dydžio grafeno dribsniai ar oksiduotas grafenas. Jie pigesni, tačiau jų savybės ne visada atitinka ankstyvuosius pažadus.
Kur grafenas jau skinasi kelią
Nors išmanieji telefonai su grafeno ekranais ar grafeno pagrindu sukurti kompiuteriai dar netapo kasdienybe, medžiaga pamažu įsitvirtina mažiau matomose srityse. Ji naudojama kompozitinėse medžiagose, dangose, jutikliuose ir laidžiuose rašaluose. Į grafeną dedama siekiant sustiprinti plastiką, sumažinti jo svorį arba suteikti paviršiui elektrinį laidumą.
Daug vilčių siejama su energetika. Grafeno pagrindu kuriami elektrodai ličio jonų baterijoms, superkondensatoriai, vandenilio kaupimo ir gamybos sprendimai. Tokios technologijos galėtų pagerinti įkrovimo spartą, ilgaamžiškumą ar energijos perdavimą, tačiau vien grafenas savaime neišsprendžia visų baterijų problemų. Rezultatą lemia visa medžiagų sistema, gamybos procesas ir kaina.
Perspektyvi ir vandens filtravimo kryptis. Grafeno oksido membranos gali būti pritaikytos teršalams ar druskoms atskirti, nes jų struktūroje galima kontroliuoti itin mažus kanalus. Vis dėlto realiomis sąlygomis membranos turi būti patvarios, nepralaidžios nepageidaujamoms medžiagoms ir pagaminamos dideliu plotu. Būtent čia dažnai ir sustoja gražiausi laboratoriniai pažadai.
Kodėl proveržis užtrunka
Didžiausias grafeno paradoksas slypi jo universalume. Medžiaga puikiai praleidžia elektrą, tačiau daugeliui loginių elektronikos komponentų reikia puslaidininkio, kurio laidumą būtų galima tiksliai įjungti ir išjungti. Natūralus grafenas neturi tokio energijos tarpo kaip silicis, todėl jo pritaikymas tranzistoriuose nėra paprastas.
Kita kliūtis – integracija. Net jei grafeno savybės išmatuotos įspūdingai, gamintojams svarbu ne tik našumas, bet ir vienodas kokybės lygis, suderinamumas su esamomis linijomis, atsparumas aplinkai bei galutinė gaminio kaina. Pramonė retai keičia patikrintą medžiagą vien todėl, kad naujoji yra teoriškai geresnė.
Todėl grafeno ateitis greičiausiai nebus vienas staigus lūžis. Labiau tikėtinas tylus, laipsniškas įsitvirtinimas nišinėse technologijose, kur jo savybės suteikia aiškų pranašumą. Grafenas gal ir nepakeis visko, tačiau tai nereiškia, kad jis nebus svarbus. Tikrasis jo amžius prasidės tada, kai įspūdingi laboratoriniai skaičiai virs patikimais, įperkamais ir lengvai pritaikomais produktais.
Parašykite komentarą