Aşezarea atomilor în foiţa de grafen
Nişte membrane construite din „materialul minune” grafen pot fi folosite pentru a distila alcoolul, potrivit unui studiu publicat în Science. O echipă internaţională a creat membrana din oxid de grafen, un derivat chimic al grafenului. Vă invităm la o călătorie în lumea fascinantă a acestui material uimitor.
S-a constatat că membrana blochează trecerea unor gaze şi lichide, dar permite trecerea apei. Aceasta este una dintre numeroasele proprietăţi fascinante şi stranii ale grafenului, dar şi ale derivaţilor săi, proprietăţi
care au uimit comunitatea ştiinţifică în ultimii şapte ani.
Grafenul – materialul viitorului
În 2004, un grup de cercetători condus de Andre Geim a exfoliat grafitul şi a descoperit un excelent conductor de electricitate: grafenul.
Pentru a cunoaşte grafenul, trebuie să pornim de la carbon. Carbonul poate exista în natură în mai multe forme, cu diferite proprietăţi fizice (însuşire ce poartă denumirea de alotropie). În cazul carbonului, el poate exista sub formă de diamant, grafit (carbonul amorf), nanotuburi de carbon şi fulerene (descoperirea lor în 1985 le-a adus unor cercetători Nobelul în 1996). Grafenul este elementul de bază al ultimelor trei din înşiruirea de mai sus.
De aceea, este uşor de realizat că grafenul se întâlneşte în cantităţi însemnate în natură (deoarece resursele de grafit sunt destul de mari). De exemplu, în România există o mină de grafit, la Baia de Fier (judeţul Gorj).
Pentru descoperirea grafenului, Andre Geim şi Konstantin Novoselov au fost recompensaţi cu premiul Nobel pentru fizică în 2010.
Aplicaţii
Grafenul este cel mai bun conductor de electricitate cunoscut. S-a observat că foiţele prezintă o conducţie metalică. În plus, foliile de grafen (vezi imaginea alăturată unde avea patru straturi de grafen, din compoziţia grafitului) sunt foarte stabile în condiţii normale de temperatură şi presiune, iar rezistenţa lor mecanică este foarte mare.
În plus, grafenul este practic transparent. În studierea atomilor, această caracteristică a grafenului poate fi un pas gigantic. De exemplu, cu ajutorul grafenului au putut fi studiaţi pentru prima dată atomi singulari de hidrogen (atomi foarte mici în dimensiuni). Atomii de hidrogen s-au „lipit” atât de puternic de grafen încât nu au mai vibrat şi au putut fi observaţi şi fotografiaţi relativ uşor.
Însă asta nu e tot. Foliile de grafen sunt şi materialul cel mai subţire posibil, fiind format dintr-un singur strat de atomi de carbon. De aceea au putut fi observaţi şi atomii de hidrogen prin grafen: stratul subţire şi transparent de grafen, pe lângă că a fixat atomii de hidrogen, a oferit şi o rezoluţie excelentă pentru microscopul de observare.
Subţirelele folii de grafen ar putea lua locul siliciului, element de bază în tranzistorii şi în circuitele integrate mici, şi deschide o nouă eră în electronice. Cu grafen, s-ar putea produce materiale extrem de rezistente, dar flexibile. Display-urile flexibile ar putea fi doar primul pas în acest sens.
Material pe bază de grafen – de 10 ori mai dur decât oţelul
Un material obţinut din grafit are o duritate de zece ori mai mare decât a oţelului la o grosime egală cu a unei coli de hârtie, anunţă physorg.com.
Grafenul, format dintr-un aranjament bidimensional de atomi de carbon, dispuşi într-o reţea hexagonală.
Rezultatul aparţine unei echipe de specialişti de la Universitatea de Tehnologie din Sydney, care au botezat produsul „Hârtia de grafen”. Această „hârtie” este obţinută prin purificarea şi filtrarea grafitului brut.
Un mare avantaj al noului material este că, în ciuda durităţii, hârtia de grafen este foarte flexibilă, acest aspect lărgind mult câmpul posibilelor aplicaţii practice.
În comparaţie cu oţelul, hârtia de grafen este de şase ori mai uşoară, de 5-6 ori mai puţin densă, 10 ori mai rezistentă la rupere şi de 13 ori mai flexibilă.
Grafenul – curiozităţi
– dacă punem într-o masă plastică 1% grafen, acea masă plastică se va transforma în conductor de electricitate
– grafenul conduce curentul electric mai bine decât cuprul, cel mai folosit conductor din prezent
Cost de obţinere ridicat, dar „e o problemă de timp”
Obţinerea grafenului are la baza un procedeu simplu, dar e nevoie de multe repetări, preţul de obţinere devenind astfel destul de mare. Mina de creion este din grafit.
Dacă aplicăm o bandă scotch pe o mină de creion, apăsăm şi apoi desprindem uşor, urmele negre de pe scotch conţin porţiuni mari de grafen. Poate părea bizar, dar, la bază, pe această metodă s-a bazat şi izolarea grafenului în laborator, în 2004. Numai că cercetătorii au folosit metoda repetat, pentru a descompune cristalele de grafit în bucăţi din ce în ce mai subţiri.
„Cu asemenea structuri, se pot realiza elemente foarte mici ale unor circuite. Spre exemplu, vom putea avea calculatoare milimetrice. Desigur, nu se pot implementa acum aceste tehnici, deoarece costurile de obţinere a acestor foiţe este foarte ridicat, dar probabil că şi acest aspect se va rezolva în viitorul apropiat”, spune prodecanul Facultăţii de Fizică al Universităţii Bucureşti, Ştefan Antohe.
„10.000 de astfel de foiţe, suprapuse, au dimensiunea unui fir de păr”, explică specialistul, pentru a ne crea o dimensiune a materialului de care vorbim.
Grafenul – aplicaţii viitoare VIDEO
