V čem je grafen tak unikátní?

Pokud soustavně přemýšlíte nad tím co je grafen, pak jste buď byli poslední dekádu odpojeni od okolního světa nebo jste jej blaženě ignorovali. Grafen je také znám jako „zázračný materiál“. Hlavními důvody, které z něj dělají tak neobvyklý materiál, jsou jeho nesmírně rozmanité vlastnosti.


Co je grafen?

Dokážete si představit, že by jediný materiál v sobě dokázal kombinovat sadu funkčních vlastností, které jsme zvyklý vyhledávat u několika rozdílných materiálů? Byl nejen velmi lehký, ale také nejodolnější materiál, který je člověku doposud znám? Ano, grafen přesně takovým materialem je. Skládá se z čistého elementárního uhlíku a nachází se hojně v zemské kůře.


Složité, ale silné strukturální vlastnosti z něj dělají silnější materiál než je nejrobustnější průmyslová ocel. Jeho jedinečné uspořádání atomů z něj činí jeden z nejlehčích a nejpružnějších materiálů, které lidstvo doposud objevilo. Jeden plátek grafenu má tloušťku pouze jednoho atomu, což je nemožné pozorovat bez pomoci elektronových mikroskopů. Přesto, že je neuvěřitelně tenký, je natolik flexibilní, aby se mohl tvarovat do jakékoli podoby.


Unikátní elektronové uspořádání vazeb je z hlediska elektrického vedení ještě lepší než křemík. Je 100krát vodivější než běžná měď, která se dnes používá, což mu dává obrovský potenciál v elektronickém průmyslu.


grafenové mikročástice
Grafenový prášek.
@graphenea.com

Grafen je výjimečný díky svým jedinečným vlastnostem

Unikátní vlastnosti grafenu jsou hlavním faktorem jeho popularity. Objeven byl v roce 2004 dvěmi ruskými vědci na britské univerzitě v Manchesteru. Jedná se tedy o relativně nově objevený materiál se kterým se stále pracuje a testují se nové metody jak ho produkovat ve vysokém množství při zachování vysoké kvality a stability.


Pokud si chcete vytvořit obrázek vizuální podoby tohoto materiálu, stačí si představit včelí plástev. Pokud jste někdy takovou včelí plástev viděli, tak víte, že je tvořena hexagonální strukturou. A přesně na základě stejné struktury stojí i samotný grafen.


V každém šestiúhelníku je spojeno šest atomů uhlíku, s jediným volně pohybujícím se elektronem. Vrstva grafenu má tmavě šedou barvu a vytváří perfektní atomovou mřížku uhlíku, která je sama o sobě jedinečná.


Fotka včelí plástve připomínající strukturu grafenu.
@pinterest.com

Síla grafenu

Jedná se o nejpevnější materiál, který je nám dnes znám. Vědecké testy ukázaly, že je alespoň 200krát silnější než konvenční ocel. Dokonce je laboratorně testováno zvýšení mechanické pevnosti polymerového substrátu o více než 100% při přidání pouhého jednoho procenta grafenu.


Flexibilita

Grafen má tloušťku pouze jednoho atomu, ale je nesmírně pevný a flexibilní. Je snadné materiál natáhnout o více než 25% své původní délky bez sebemenšího poškození. Hlavním důvodem je především rovinná struktura materiálu, kterou je přirozenější ohýbat, aniž by došlo k přerušení atomových vazeb mezi jeho molekulami.


Ukázka flexibility elektrochemického článku z grafenu.
@azonano.com

Lehkost

Velmi tenká vrstva tohoto nanomateriálu má také nesmírný vliv na lehkost materiálu. Materiál je tak lehký, že list grafenu dostatečně velký na pokrytí celého fotbalového hřiště by vážil méně než 1 gram.


Tepelná vodivost

Je extrémně vysoce tepelně vodivý materiál, ještě vodivější než stříbro nebo měď. Dokonce dokáže vést extrémně vysoké teploty lépe než samotný grafit nebo diamant, což jsou taktéž alotropy uhlíku.


Elektrická vodivost

Působivé elektrické vodivé vlastnosti grafenu vytvářejí vlny v průmyslovém sektoru. Je dobře známo, že dobré tepelné vodiče jsou většinou také dobré elektrické vodiče, protože oba tyto procesy primárně zahrnují transport energie pomocí elektronů.


Protože se jedná o výjimečně plochý materiál a jeho atomy jsou uspořádány ve specifické šestiúhelníkové struktuře, není volnost pohybu elektronů limitována odporem. Díky tomu je materiál extrémně vodivý při přenosu tepla a elektrické energie.


Na světě samozřejmě existuje řada supravodičů, které ale vyžadují pravidelné udržování a je třeba je provozovat při nižších teplotách, vzhledem ke snížené tepelné vodivosti těchto materiálů. Grafen je však možné účinně použít místo supravodiče a bezpečně jej provozovat při pokojové teplotě.


Optické vlastnosti

Díky neobvyklým optickým vlastnostem je také velmi transparentní. Umožňuje průchod téměř 98% světla; to je výrazně lepší než 80% až 90% průhlednost, která je vidět u konvenčních skleněných tabulí.


Grafen nabízí způsob, jak vytvořit flexibilní a transparentní obrazovky smartphonu.
@nature.com

A jaké druhy využití grafenu můžeme tedy do budoucna očekávat?

Velmi rychlé nabíjení baterií.
Sběr radioaktivního odpadu pro snazší čištění.
Rychlejší paměť Flash.
Silnější a vyváženější nástroje a sportovní vybavení.
Ultra tenké dotykové obrazovky, které lze nalepit na nerozbitný materiál.
Grafický elektronický papír, který lze aktualizovat novými informacemi.
Rychlé a efektivní biosenzorové přístroje pro měření hladiny glukózy v krvi, cholesterolu a případně vaší DNA.
Sluchátka s fenomenální frekvenční charakteristikou.
Superkondenzátory, které v zásadě činí baterie zastaralými.
Nové nepromokavé povlaky.
Ohýbatelné baterie.
Silnější a lehčí letadla a brnění.
Pomocná regenerace tkání.
Čištění slané vody na pitnou vodu.
Bionická zařízení, která se mohou připojit přímo k neuronům vašeho těla.


Konkrétní deskripci příkladů budoucího využití grafenu si ukážeme v dalším článku. Jedno je ale jisté, a to že nás s tímto revolučním materiálem čeká famózní budoucnost.


Zdroj: https://www.graphenea.com/pages/graphene#.XzWy1y2w124




Bavil tě náš článek? Přečti si více našich novinek nebo nás odebírej a my tě budeme o všem včas informovat!