Smernica raziskav in razvoja: grafen
R&D magazin
2019_273_6
Že nekaj časa se veliko govori o grafenu, 2D materialu, zgrajenem iz ene same plasti ogljikovih atomov, trdno vezanih v šestkotno mrežo v obliki satja.
Grafen je najtanjša umetno ustvarjena snov z izjemno zanimivimi lastnostmi. Je najboljši prevodnik na sobni temperaturi ter je zmožen pretvoriti katerokoli valovno dolžino svetlobe v električni tok. Je lahek, upogljiv in izjemno močan.
Od izdelave prvega grafena pred več kot enim desetletjem so ga raziskovalci preizkušali v inovativnih aplikacijah na različnih področjih.
Energija
Že nekaj časa tečejo raziskave na področju uporabe silicija v litij-ionskih baterijah, saj je zmožen močno povečati njihovo kapaciteto v primerjavi z do sedaj uporabljenim grafitom. Po nekaterih ocenah bi litij-ionske baterije na osnovi silicija lahko vsebovale kar enajstkrat več energije od grafitnih – 4200 mAh/g.
Kljub tej veliki prednosti pa imajo silicijeve baterije težave s stabilnostjo, saj se tako uporabljen silicij hitro širi in krči. Sedaj potekajo raziskave glede uporabe kompozita silicija in grafena za izdelavo anode, s katero teh težav ne bi bilo.
Znanost materialov
Raziskovalci z univerze Brown uporabljajo grafen za ojačanje alginata, materiala, izoliranega iz morskih alg, in iz njega izdelujejo poseben hidrogel, katerega trdota se bo prilagajala glede na različne kemikalije, s katerimi bo prišel v stik. Ta inovacija bi bila uporabna za izdelavo robustnejših pametnih materialov, katerih lastnosti se neposredno prilagajajo njihovi okolici.
Avtomobilska industrija
Kljub temu da grafen že dolgo hočejo uporabiti v avtomobilski industriji za zmanjšanje mase in povečanje trdnosti, je njegova visoka cena onemogočala ekonomsko smiselno uporabo. A sedaj je Ford kot prvi našel način uporabe majhne količine grafena za izboljšanje več komponent pod pokrovom svojih novih vozil.
Fordu sta se pred kratkim pridružili podjetji XG Sciences in Eagle Industries z namenom izdelave grafenskih nanoploščic in poliuretanskih pokrovov za črpalko in motor. Ekipa raziskovalcev je odkrila, da je z uporabo manj kot pol odstotka grafena mogoče zmanjšati njuno težo, toplotno prevodnost ter hrup.
Biotehnologija
Zaradi svoje občutljive narave je grafen dober material tudi za diagnostiko bolezni. Ekipa raziskovalcev z ameriške univerze UIC je odkrila, da bi lahko bil grafen zaradi svojih lastnosti uporabljen za diagnozo amiotrofične lateralne skleroze (ALS) in drugih nevrodegeneracijskih bolezni. Diagnoza bi se izvajala tako, da bi z laserjem osvetlili pacientov vzorec na grafenski podlagi.
Raziskovalci so odkrili, da grafen oddaja različne vibracije glede na vzorec cerebrospinalne tekočine, kateremu je bil izpostavljen. Z njegovo pomočjo so lahko ločili med tekočino pacientov z ALS, pacientov z multiplo sklerozo ter kontrolno tekočino zdravih ljudi.
Tehnologija
Raziskovalci iz Graphene Flagship, raziskovalne iniciative EU, ki poskuša spraviti grafenske produkte iz laboratorijev na trg, so odkrili nov pristop do razvoja grafena, ki ima potencialne aplikacije v fotoniki, optoelektroniki in elektroniki, posebej pri prenosu informacij.
Bistvo te metode je, da bi bakreno podlago, ki je ustrezno optolitografsko obdelana, kemično naparjevali, tako da bi na njej rastel kristal grafena. Nastali grafenski kristal je lažje uporabljati kot grafen v obliki enoatomskega filma, obdrži pa enako prevodnost.
Povzeto po: https://www.rdmag.com/article/2019/01/r-d-special-focus-graphene
