Защо бъдещето принадлежи на графена?

Една дума вълнува инженерите в целия свят – графен. Това е материал, разновидност на въглерода, който е много по-добър проводник на електричество и топлина от всичко друго, познато на човечеството. Още по-интересно е, че това е най-твърдият и същевременно най-гъвкавият материал на планетата.

С дебелина от само един атом, листът графен често е наричан материал-чудо.

Експерти прогнозират, че графенът може да промени изцяло начина по-който приемаме електрониката. Ако материалът навлезе в масовото производство, ни очакват гъвкави устройства, супербързи квантови компютри, електронно облекло и устройства, които могат да комуникират с клетките в човешкото тяло. 

Графенът бе открит през 2012 г. Той е 200 пъти по-здрав от стоманата и е толкова тънък, че лист с тегло една унция (около 28 грама) може да покрие площта на 28 футболни игрища. Наскоро китайски учени създадоха разновидност на графена, наречена аерогел. Това е гъст течен материал, който е по-лек от въздуха. Любопитен е и фактът, че един кубичен сантиметър от него може да се закрепи върху стрък трева.

“Графенът е от малкото материали в света, които са едновременно прозрачни, гъвкави и добри проводници,” заявява д-р Аравинд Вижаярагхаван, лектор в университета в Манчестър. “Заедно, тези качества се срещат изключително рядко в един материал.”

За какво може да се използва графенът?

Физици и изследователи смятат, че съвсем скоро ще можем да използваме графена за производството на устройства, които ще бъдат по-тънки, по-бързи и по-евтини от тези, базирани на силиция. Като допълнение, новото поколение уреди ще имат възможността да бъдат прозрачни и гъвкави, а батериите им ще могат да бъдат потапяни във вода.

През 2011 г. изследователи от Северозападния университет в САЩ създадоха батерия от графен и силиций. Според екипа, отговорен за изобретението, то може да доведе до конструирането на мобилен телефон, който ще може да издържа до повече от седмица с едно зареждане, а последното ще трае само 15 минути.

През 2012 г. от Американската асоциация на химиците обявиха, че графенът може да послужи и за създаването на изключително компактни сензорни екрани и смартфони, които са с дебелината на лист хартия и могат да се прегъват, за да е по-удобно пренасянето им в джоба.

В момента д-р Вижаярагхаван работи по различни сензори от графен (газови, био и светлинни), чието основно качество е, че са много по-малки от известните ни до момента.

През миналата седмица екип от Института за напреднали технологии на Samsung, който е работил съвместно с учени от южнокорейския университет SKKU, обявиха, че Samsung е открила как да създаде висококечествени ламели от графен, които могат да се използват за производството на транзистори от същия материал. От компанията заявиха в съобщение до медиите, че тя има готовност да започне производството на гъвкави дисплеи и устройства от следващо поколение.

Samsung не е единствената компания, която изследва начини за използването на материала-чудо. Изследователи от IBM, Nokia и SanDisk експериментират с графена отдавна, опитвайки се да създадат миниатюрни сензори, транзистори и SSD памет.

Джеймс Хоун, професор по механика в колумбийския университет, коментира, че според проведените в неговата лаборатория тестове графенът може да се разтегля с до 20%, без да губи качеството си на добър електрически проводник. “Знаете ли кой друг материал може да се разтегли с 20%? Гумата. За сравнение силицият, който се използва при производството на електроника в момента, може да се разтегли само с 1%, преди да се спука.”

Графенът е и доста евтин

Освен това, при потапяне във вода графенът не се оксидира, за разлика от други високопроводими материали, което означава, че в даден етап от развитието си той може да се интегрира в биологични системи. С други думи устройства от графен могат да се имплантират в човешко тяло, където да следят как работи нервната система или да “говорят” с клетките.

Всички тези качества на материала го правят изключително приложим в индустрията. От графен могат да се направят всички устройства, които ползваме в ежедневието си, само че те ще бъдат по-добри, по-малки и по-евтини.

Изследователи обаче предупреждават, че преминаването на индустрията от силиций към графен може да отнеме доста време. Ако това наистина се случи, можем да очакваме графенът да започне да се използва от други индустрии, преди да навлезе в масовата електроника.

През миналата година фондацията на Бил Гейтс и съпругата му финансираха разработката на презерватив от графен, който е едновременно тънък, лек и непробиваем. Автомобилните производители пък изследват начини за производството на електромобили с купета от графен, които са не само много здрави, но и действат като соларни панели, произвеждащи ток за зареждане на батерията. Авиоиндустрията също се интересува от материала заради неговите свойства.

Ако всичко това не е достатъчно, международен екип от изследователи провежда тестове, които могат да доведат до създаването на квантови компютри, които имат потенциала да взривят пазара в бъдеще. Бъдеще, което изглежда принадлежи на графена.