Зелена светлина на фокус - 4 февруари 2014: Графенът пести енергия и природни ресурси

Едно от най-великите открития на века. Или може би на милениума, кой знае. Така говорят за онази материя, която ще олекоти корпусите на всички машини, ще позволи на батериите в електромобилите да се зареждат за секунди, ще издигне самолетите във въздуха с минимално количество енергия, ще направи тънките екрани още по-тънки и ще спести извличането на метали и горива от земята.

Графенът - първият материал в две измерения, сътворен от човека. Състои се от слой въглеродни атоми, подредени в структура, която наподобява пчелна пита. Макар че е най-тънкия материал, създаван някога, графенът се отличава с невероятна здравина, с електропроводимост, конкурираща тази на медта и с много висока топлопроводимост.

Графитът, който се състои от тънки слоеве графен с дебелината на един атом, е бил изследван за първи път още през 1940 година, но до 2004-та се смятше, че той не е стабилен в свободна форма. Това продължава до момента, когато изследователи от Манчестър не представят изследването си, спечелило Нобелова награда. То доказва, че тънки соеве графит могат да бъдат изолирани като отделен и напълно самостоятелен материал.

Доктор Ник Кларк използва специална адезивна лента, за да отдели тънък слой от графитено блокче.

Ник Кларк: Изстъргвам малко от него, от хубавата, лъскава страна. Това показва, че кристалите са добре подредени в една посока. След това просто притискам добре към лентата... и сега, щом отлепя графита, отдолу в най-добрия случай ще останат няколкостотин слоя графен.

С всяко прегъване на лентата прилепналите слоеве стават наполовина по-тънки.

Ник Кларк: Графитът съдържа тези слоеве и ние се възползваме от този факт. Всяко отделяне от лентата прави материала все по-тънък - съответно четири пъти, осем пъти и така нататък. Накрая се получават наистина много тънки образци.

Графенът от едно парченце графит с размерите на монета може да покрие площта на цял тенис корт. Свръхтънък, но и свръхздрав материал. Такъв е графенът според Аравинд Виджайрагаван, който ръководи изследователски екип в Манчестърския университет:

Аравинд Виджайрагаван: Освен много тънък, материалът е гъвкав, разтеглив, прозрачен и свръхлек. Той е най-добрия проводник на електричество и на топлина. Графенът всъщност е уникален, защото е сбор от всички тези и много други качества.

Приложенията на графена са почти безгранични: от кондоми и лечение на ракови заболявания до сгъваеми тънки екрани и батерии за електромобили, които могат да се зареждат за секунди. Тенисистите са сред първите, които се възползват от новия материал. Новак Джокович и Анди Мъри вече играят с ракети, направени от композит на базата на графен. Обработването на този материал, обаче, е изключително трудно.

Аравинд Виджайрагаван: Материалът, нанесен върху лентите, е може би милион пъти по-дебел от графена и справянето с този проблем е истински кошмар. Той се нагъва и се лепи върху всичко. Изходът е при обработката за него да се мисли като за нещо много, много тънко. Като цяло наноматериалите се обработват много трудно.

Преодоляването на това предизвикателство и въвеждането на новата технология в производството вероятно ще се случи в рамките на две десетилетия. Едно възможно решение е електролизата, с чиято помощ се въвеждат литиеви йони в графита и се отделят слоевете от графен.

Ник Кларк: Можете да изградите материала и от въглерод, който съдържа газове при висока температура и налягане. Това е постигнато при някои индустриални продукти, но за момента графенът при тях не е толкова качествен, колкото този в свръхтънките слоеве от кристали на графита.

Процесите, свързани с електролизата, са на етап усъвършенстване. Инвеститорите все още се колебаят дали да вложат средства в толкова ранен стадий от развитието на технологията. Ситуацията винаги се повтаря, щом стане въпрос за откритие, което може да промени света, смята професор Йън Кинло.

Проф. Йън Кинло: Има начална фаза, когато обяснявате на икономистите и на хората, които се интересуват от нови технологии за нещо, което предизвиква голяма интерес, което привлича пари и идеи. Пресата говори за него и нещата се развиват така. Но после разбирате, че предизвикателствата са много, за да може нещото да се появи веднага на пазара. И следва спад. Наричат го "долината на смъртта".

За да се попълни тази празнина в Манчестър беше построен Национален институт за графена. Британското правителство и Европейският съюз са инвестирали в него близо 60 милиона лири. Финансовата основа ще осигури по-дългосрочни изследвания на многобройните свойства на графена.

Особен интерес предизвиква високата му електропроводимост - качество, което може да осигури светкавично зареждане на електромобили и дори на цели самолети, задвижвани от електричество. Същото качество обещава и множество ефективни промени при разпределението и използването на енергията на всички нива. Факт, който за пореден път насочва масовия интерес към лабораториите, въпреки предизвикателствата, които учените трябва да преодолеят.

Автори: Милен Атанасов, Биляна Бонева