Prečo stále nemáme „zázračný“ grafén?

Špeciálnej modifikácii uhlíka, ktorá bola objavená v roku 2004 sa na našich stránkach venujeme pravidelne. Stále však nenachádzame grafén okolo nás v masových aplikáciách. Ide o skutočný zázrak, alebo skôr o humbuk?

Fascinujúci ako diamant

Ide o formu uhlíka – ďalšími sú grafit, diamant a priestorové štruktúry grafénu, zvané fullerén a carbyne – ktorá by nám mohla priniesť dokonalé nepriestrelné vesty, ale údajne aj vesmírny výťah (na to však radšej rýchlo zabudnime), zlepšiť lieky a zdokonaliť elektronické komponenty, aj fotovoltaické panely.

Čo je to grafén? Označujeme tak dvojrozmernú vrstvu o hrúbke jedného atómu, tvorenú atómami uhlíka v hybridnom stave sp2, usporiadanými v šesťuholníkovej štruktúre. Označenie 2D platí v prípade, ak považujeme veľkosť atómu za nulovú, čo v skutočnosti nie je pravda. Grafénová vrstva je však v každom prípade m­iliónkrát tenšia ako ľudský vlas a je dokonale priehľadná. Grafén sa vyznačuje mimoriadnymi fyzikálnymi vlastnosťami – je extrémne pevný a môže sa správať ako vodič, aj ako polovodič.

Je ultraľahký, supertenký a 200 krát pevnejší ako oceľ, pružný, transparentný a vodivý ako meď. Vedci sľubujú rýchlejšie tranzistory, ohýbateľné smartfóny a mnoho ďalších prelomových grafénových gadgetov už viac ako desaťročie.

Pozrite siPiezoelektrický grafén je materiálom budúcnosti

Za takmer 15 rokov uplynulých od jeho objavu sa dozvedáme pravidelne o novinkách a možnostiach uplatnenia grafénu. Nadšenci tohto materiálu ho prirovnávajú k plastom, ktoré v 20. storočí tiež radikálne zmenili naše technológie, aj životné štandardy a návyky. Vieme však aj o negatívnych dopadoch ich nadmerného a nerozumného využívania.

Začína doba grafénová, alebo je to ďalší zo série sľubov, ktoré sotva prekročia hranice laboratórií?

Odpoveď nie je celkom jednoduchá, v prípade grafénu však určite nejde o podvod. Jeho výroba je náročná, preto je problém vyrábať ho v obrovských objemoch a za cenu, ktorá by umožnila jeho hromadné nasadenie napríklad v stavebných konštrukciách.

Pomaly, ale isto

Keďže je miliónkrát tenší ako ľudský vlas, aj manipulácia s grafénom nie je jednoduchá. Preto vedci hľadajú možnosti jeho uplatnenia aj v kombinácii s inými materiálmi. Určite však nečakajme využitie grafénu pri konštrukcii vesmírneho výťahu, proti ktorému hovorí množstvo argumentov.

Pozrite siGrafénové solárne panely vyrobia elektrinu zo slnka, aj z dažďa

Naopak, v batériách, alebo v nositeľnej elektronike – a to aj vo forme „tetovania“ na koži – by sa mohol grafén objaviť pomerne skoro. A okrem neho sa zrejme dočkáme aj iných „zázračných“ materiálov, ktoré sa, na rozdiel od grafénu (ten je súčasťou grafitu), v prírode vôbec nevyskytujú.

Jedným z takýchto „2D“ materiálov inšpirovaných grafénom je borofén. Ide o umelo vyrobený nanotechnologický materiál tvorený jedinou vrstvou atómov bóru.

Pozrite siNový 3D grafén je desaťkrát pevnejší ako oceľ

Borofén však nie je hladký a plochý ako grafén, ale pripomína vlnitý plech. Spôsobujú to väzby medzi atómami bóru. Vďaka tomu má niektoré zaujímavé vlastnosti. Jeho elektrická vodivosť napríklad nie je izotropná, teda rovnaká v každom smere.

Zdroj: Bo Peng, Hao Zhang, Hezhu Shao, Zeyu Ning, Yuanfeng Xu, Gang Ni, Hongliang Lu, David Wei Zhang & Heyuan Zhu

 

Podstatné však je, že podľa výpočtov by mal mať borofén najvyššiu pevnosť v ťahu zo všetkých známych materiálov a prekonať aj grafén. Problémom je však jeho „akademický status“, týkajúci sa aj ďalších umelo pripravených 2D materiálov. Borofén preto v praxi v najbližších rokoch nečakajme.

Pozrite siGrafén spoznal svojho premožiteľa – borofén

S grafénom je to inak. Síce na jeho hromadné rozšírenie čakáme už takmer 15 rokov, ale tak to v základnom výskume chodí. Mnohým objavom v oblasti fyziky a chémie trvalo omnoho dlhšie, než sa presadili v praxi. Niektoré technológie, ktoré sa dnes široko využívajú v mobilných komunikáciách, boli objavené pred viac ako tridsiatimi rokmi.

V porovnaní s tým sa grafén vlastne adaptuje pomerne rýchlo. Mohli by sme povedať, že skvelá budúcnosť chce trochu trpezlivosti. Veľkou príležitosťou pre grafén by sa mali stať siete 5G a tie sú už za dverami.

ZdrojThe Verge

Komentáre k článku