1. Scroll
  2. /
  3. Technologia
  4. /
  5. Grafen – czym jest, jakie są jego właściwości i rewolucyjne zastosowanie? Wszystko o grafenie (2021)

Technologia

30.06.2021 08:45

Grafen – czym jest, jakie są jego właściwości i rewolucyjne zastosowanie? Wszystko o grafenie (2021)

Nauka
8
2
0
8
2

Czym właściwie jest grafen i jakie są jego właściwości? Czy grafen to materiał, który zrewolucjonizuje przemysł? Z tego tekstu dowiesz się o najnowszych informacjach dotyczących grafenu według stanu na 2021 rok. Sprawdź, co warto wiedzieć o grafenie.

Grafen – co to dokładnie jest? Podstawowa definicja

Grafen, co to jest? To zyskujący na popularności materiał, który jest spłaszczoną formą węgla, który ułożony został w sześcienne struktury. Struktura i budowa grafenu przypomina kształtem charakterystyczne plastry miodu. 

W budowie grafenu, jeden atom tworzy każdy wierzchołek w strukturze. Grafen to przede wszystkim element struktury innych pochodnych węgla, w tym między innymi nanorurek węglowych, fulerenów oraz węgla drzewnego. Grubość tego materiału wynosi dosłownie jeden atom, dlatego grafen należy do form dwuwymiarowych. 

O możliwości otrzymania grafenu spekulowano już od lat 40. XX wieku. Wówczas powstał pierwszy opis teoretyczny tego materiału, który opracował Philip Russell Wallace. Ze względu na dwuwymiarowość grafenu uznawano jednak, że materiał tego typu nie może funkcjonować w przyrodzie. 

Grafen - co to dokładnie jest - struktura
Grafen może doprowadzić do rewolucji w wielu dziedzinach życia

Przełom nastąpił dopiero na początku XXI wieku i wiązało się to między innymi z rozwojem techniki i metodologii badań naukowych. Kto wynalazł grafen? Oficjalnie za odkrywców grafenu uznano Andrieja Gejma i Konstantina Nowosiołowa z Uniwersytetu w Manchesterze, którzy dokonali tego w 2004 roku. 

Obecnie grafen można otrzymywać w wyniku działań mikro-mechanicznych. Jest to bardzo wytrzymały i innowacyjny materiał, który docelowo może w nowoczesnym przemyśle zastąpić nawet krzem. Być może za jakiś czas, zamiast o dolinie krzemowej, będziemy mówili o dolinie grafenowej. W wynalezieniu i produkcji grafenu bardzo duży udział mają Polacy.

Sprawdź też: Dbanie o baterię w laptopie – nawyki, które wydłużają jej żywotność

Właściwości grafenu

Grafen jest pożądanym materiałem ze względu na swoje cechy. Właściwości i zastosowanie grafenu we współczesnym świecie może całkowicie zrewolucjonizować naukę oraz technologie, które w tym momencie znamy. Warto zwrócić uwagę na to, że elektrony w grafenie poruszają się nawet 200 razy szybciej niż w przypadku krzemu. 

Ta właściwość może okazać się decydująca przy budowie nowoczesnych i przełomowych elektronowych urządzeń. Prędkość poruszania się elektronów w grafenie to 1/300 prędkości światła. 

Grafen jest również bardzo dobrym przewodnikiem ciepła oraz posiada stosunkowo niedużą rezystancję. Kolejną cechą charakterystyczną grafenu jest jego prawie przezroczysta barwa. Grafen o grubości jednego atomu ma właściwości pochłaniania około 2,3% światła białego

Kolejna właściwość grafenu to jego wytrzymałość. Według aktualnych badań jest on aż ponad 100 razy mocniejszy niż cząsteczka stali o takiej samej grubości. Wytrzymałość grafenu idzie w parze z jego unikatową elastycznością, ponieważ można struktury grafenu można rozciągać nawet o 20%. 

Warto zwrócić uwagę również na to, że utleniony grafen i membrana, która z niego powstają, nie przepuszcza gazów, nawet helu. Z drugiej strony ta membrana jest w pełni przenikalna przez wodę. To sprawia, że grafen potencjalnie może być wykorzystywany na szeroką skalę do filtracji, na przykład w przemyśle spożywczym. 

Grafen - co to dokładnie jest - materiały
Materiały z grafenem mogą pochwalić się nietypowymi właściwościami

Zastosowanie grafenu w praktyce – czy grafen może zrewolucjonizować świat?

Grafen bez wątpienia jest materiałem, który ma szansę zrewolucjonizować świat w wielu obszarach. Jego zastosowanie może być bardzo szerokie. Na potencjał zastosowania grafenu w nowoczesnej technologii wpływają takie aspekty jak właściwości filtrujące, wytrzymałość oraz elastyczność materiału o dwuwymiarowej strukturze. 

Przede wszystkim grafen w wielu obszarach może zastąpić krzem, co zrewolucjonizowałoby współczesną naukę. Od pewnego czasu prowadzone są testy, w których weryfikowana jest funkcjonalność oraz wydajność grafenowego tranzystora, który może być nawet wielokrotnie szybszy od modeli, które obecnie znamy. 

Elastyczność i wytrzymałość grafenu może być wykorzystywana między innymi w produkcji wyświetlaczy dotykowych, które zawijane są w rolkę. Grafen może być również dodatkiem do tworzyw sztucznych, które z powodzeniem przekształci w przewodniki elektryczności. Grafen nadaje się również do łączenia z aluminium i w takim połączeniu może posłużyć do produkcji nowoczesnych i wydajnych sieci energetycznych. 

Duży potencjał zastosowania grafenu dostrzegany jest w sektorze odnawialnych źródeł energii, gdzie może posłużyć do produkcji oszczędnych energetycznie źródeł światła oraz do produkcji energii z baterii solarnych, oraz jednoczesnego magazynowania jej w wydajnych i skutecznych akumulatorach

Polacy i grafen – odkrycie, plany polskich firm

Swój wkład w odkrycie i zrewolucjonizowanie metod wytwarzania grafenu ma Polska nauka. Kluczową datą jest rok 2011, kiedy to Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych wspólnie z Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego potwierdziły opracowanie nowoczesnej technologii uzyskiwania dużych płatów grafenu o bardzo wysokiej jakości. 

Sprawdź też: Nie ma czegoś takiego jak dobry moment na zakup komputera

Cztery lata później, w 2015 roku, Politechnika Łódzka oficjalnie pokazała swoje urządzenie, które służy do produkcji grafenu z fazy ciekłej. Dzięki temu możliwa jest produkcja wielkopowierzchniowych pragnmentów grafenu o wysokich właściwościach. Technologia HSMG została opatentowana na terenie Unii Europejskiej i USA w 2016 roku. Otrzymywanie grafenu dzięki tej technologii jest wysoce skuteczne.

Mimo że to Polacy przyczynili się walnie do stworzenia technologii pozyskiwania grafenu, to jednak w ostatnich latach nasze firmy zostały trochę w tyle. W tym momencie rynek grafenu stale rośnie i jest warty miliardy, jednak przodują na nim Chiny i Stany Zjednoczone. Od reakcji polskich firm zależy to, czy również włączymy się do budowania silnej pozycji na tym rynku. 

Polskim liderem w zakresie badań nad grafenem i produkcji produktów z grafenu jest Instytut Inżynierii Materiałów Elektronicznych. Polskie produkty z grafenu to między innymi arkusz grafenowy o wymiarach 50×50 centymetrów, który trafił do sprzedaży w 2017 roku i był pierwszym polskim półproduktem z grafenu w oficjalnej sprzedaży. 

Grafen - co to dokładnie jest - elektronika
Elektronika może działać znacznie lepiej dzięki zastosowaniu grafenu

Grafen w przyszłości – najnowsze informacje na temat grafenu

Przed grafenem widzimy świetlaną przyszłość. Obecnie bardzo dużo mówi się o jego potencjale w sektorze medycyny. Polski start-up Heart Sense opracował sondę grafenową, która ma pomóc w operacjach kardiologicznych. Urządzenie będzie służyło do odczytywania sygnału EKG z poziomu serca. 

Kolejnym ciekawym zastosowaniem grafenu jest złożenie go na kilka warstw, dzięki czemu struktura ta może posłużyć do stworzenia tysiąc razy bardziej wydajnych mikroprocesorów, niż te, które znamy obecnie. To kolejny obszar, który tworzywo może zrewolucjonizować.

Obecne badania nad grafenem są bardzo zaawansowane i w niedalekiej przyszłości materiał ten może zrewolucjonizować nasz świat oraz stan obecnej nauki. Jego wartość stale rośnie i już w tym momencie rynek ten wyceniany jest na wiele miliardów dolarów. 

Grafen - co to dokładnie jest - telefony
Jeśli za parę lat smartfony będą wyglądać zupełnie inaczej, prawdopodobnie przyczyni się do tego właśnie użycie grafenu
8
2

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.