Nobel za grafen – materiał przyszłości

Nobel za grafen – materiał przyszłości

Nagrody Nobla są dla naukowców zupełnie jak Oscary w świecie showbiznesu. Nic zatem dziwnego, że do kilku dni media aż huczą od kolejnych doniesień na temat nagrodzonych odkryć. W tym roku Nobel z fizyki przyznany został za odkrycie dwuwymiarowego materiału – grafenu.

Nagroda powędrowała do dwóch uczonych z Uniwersytetu Manchester w Wielkiej Brytanii. Profesorowie Andre Geim and Konstantin Novoselov pochodza z Rosji i jak donosi CNN nie spodziewali się nagrody, gdyż byli przekonani, że w tym roku prym będzie wiodła astrofizyka. Komisja noblowska na szczęście doceniła wysiłki obu panów, które doprowadziły do wytworzenia oraz opisania właściwości materiału, który zbudowany jest z warstwy węgla o grubości jednego atomu.

Wyizolowanie warstwy grafenu w 2004 nastąpiło w dość zaskakujący sposób. Naukowcy przyklejali do grafitu zwykłą taśmę klejącą, a po jej odklejeniu badali to, co się przyklejało. Jeśli warstwa była za gruba, przyklejali kolejny kawałek taśmy do poprzedniego, odrywali i badali. W ten sposób udało się osiągnąć warstwę o grubości jednego atomu. Kiedy rok później okazało się, że quasicząsteczki grafenu to fermiony Dirac’a (pozbawione masy cząstki posiadające specyficzny układ spinowy), zainteresowanie świata nauki grafenem wzrosło do tego stopnia, że setki badaczy postanowiły zająć się tym zagadnieniem.

Ze względu na swoją unikalna budowę oraz przewodnictwo elektryczne grafen może być z powodzeniem stosowany jako czujnik gazu. Cząsteczki zaadsorbowane na jego powierzchni będą zmieniać przewodnictwo. Jednoatomowa budowa materiału sprawia, że otrzymywany sygnał będzie pozbawiony zakłóceń, przez co nawet najmniejsza zmiana przewodnictwa może zostać wykryta.

Obraz warstwy grafenu otrzymany za pomocą elektronowego mikroskopu emisyjnego

Kolejnym zastosowanie grafenu są tak zwane nanotaśmy (Graphene nanoribbons –GNRs). Odpowiednio przycięta warstwa grafenu cechuje się bardzo wysokim przewodnictwem cieplnym i elektrycznym oraz niskim poziomem szumów w sygnale. Dzięki tym właściwościom taśmy mogą stanowić w przyszłości alternatywę dla miedzianych połączeń układów scalonych. Dodatkowo, grafenowe taśmy są półprzewodnikami, co pozwala rozpatrywać je jako potencjalnych następców krzemowych półprzewodników stosowanych w elektronice.

Model jednoatomowej warstwy grafenu

Ze względu na to, że grafen jest przezroczysty rozważa się jego stosowanie w produkcji ekranów dotykowych, ekranów LCD, paneli słonecznych czy organicznych diod elektroluminescencyjnych. Jednak oprócz elektroniki, można stosować grafen np. w medycynie, ponieważ jak donoszą chińscy naukowcy grafen ma właściwości bakteriobójcze. Skutecznie zabija na przykład bakterie Escherichia coli. Dzięki temu może być używany również do pakowania produktów spożywczych.

Biorąc pod uwagę fakt, że grafen udało się pierwszy raz wyizolować zaledwie 6 lat temu, wiemy o nim już całkiem sporo, a możemy być pewni, że to nie wszystko. Całkiem prawdopodobne, że to początek nowej ery inżynierii materiałowej.

Polacy mają swój bardzo istotny wkład w badania nad otrzymywaniem grafenu. W 2009 roku opracowano metodę, która pozwala na jego produkcję na skalę przemysłową.
Oto co na ten temat mówił wtedy Maciej Orłoś :)

Więcej informacji:
edition.cnn.com
wikipedia.org
nobelprize.org
Print Friendly
Agata Kukwa

Agata Kukwa

Absolwentka Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej. Magister technologii ochrony środowiska, inżynier ochrony i zarządzania środowiskiem. Obecnie doktorantka w Katedrze Informatyki Ekonomicznej na Wydziale Zarządzania Uniwersytetu Gdańskiego. Interesuje się nowymi technologiami oraz stymulowaniem działalności innowacyjnej w Polsce.