Grafén – egy anyag, amely megváltoztathatja a világot

Számos tudós dolgozik világszerte egy olyan új anyag előállításán és alkalmazásán, amely egyszerre rugalmas, nyúlékony, jóval erősebb az acélnál, és csak egyetlen atom vastagságú. Ha sikerrel járnak, a grafén olyan forradalmi változásokat hozhat életünkbe, mint annak idején a műanyag vagy akár a vas.

Grafén: egy név, melyet érdemes megjegyezni

Ebben a mindössze évtizedes múlttal rendelkező új anyagban olyan lehetőségek rejlenek, mint korábban a frissen előállított műanyagban, de akár olyan szintű változásokat hozhat, mint a történelemben a bronzot felváltó vas, amely forradalmi előrelépés volt az emberiség történetében.

A grafént nemrégiben, 2004-ben fedezték fel; az anyagot izoláló kutatók 2010-ben fizikai Nobel-díjat kaptak találmányukért. A nanotechnológiai alapanyag világszerte a tudósok, vállalkozók és modern technológiákat alkalmazó vállalatok figyelmének központjában áll különleges tulajdonságainak köszönhetően.

De mi is az a grafén?

A grafén tulajdonképpen egy egyetlen atom vastagságú grafitréteg. A becslések szerint 3 millió grafénréteg adna ki 1 milliméter vastagságot. Nyúlékony, rugalmas, ugyanakkor nagyon kemény, és jóval erősebb az acélnál. Jó elektromos vezető, olvadáspontja meghaladja a 3000 °C-ot.

A gyártóiparok jelenleg olyan különleges anyagokkal dolgoznak, mint a titánötvözetek, az egykristályos és a szénszálas anyagok. A kutatók folyamatosan keresik a megoldást az ezek által biztosított hőállóság, rugalmasság és egyéb jellemzők javítására. Ha a grafén beváltja a hozzá fűzött reményeket, az nagy előrelépést jelent majd ezeknél a kutatásoknál is. Megnyithatja az utat a jóval könnyebb, vékonyabb és erősebb konstrukciók előtt, és a tervek szerint a szuperkönnyű repülőgépektől kezdve a sótalanító üzemeken át a hipergyors számítógépekig bármi előállítására alkalmas lesz.

A grafén a piacon

Az anyag előállítása jelenleg nagyon drága, ezért csak kutatási célokra gyártják, és grafénból készült termék még nem található a piacon. A kutatásokra azonban világszerte óriási összegeket költenek a vállalatok és a kormányok. A grafént az Európai Bizottság is kitüntetett figyelemmel kezeli, és eddig több mint 1 milliárd USD összeggel támogatta a vezető kutatóintézetek és nagyvállalatok által 17 európai országban folytatott, évtizedes kutatás-fejlesztési tevékenységet. (http://www.graphene-flagship.eu)

Időigényes folyamat

Az új anyagok bevonása a tömegtermelésbe évtizedekbe telhet. A szénszálat például fél évszázada találták fel. A Rolls-Royce vállalat az 1960-as években kezdett szénszálas anyagot használni a repülőgépek hajtóműveinek kompresszorlapátjaihoz, de a lapátok megsérültek a madarakkal való ütközéskor, így a cég felhagyott ezzel a tervvel.

A grafénból készült termékek kereskedelmi megjelenése 2015-re várható. Ezek várhatóan az IBM, a Nokia vagy a Samsung elektronikus berendezései lesznek, mivel ők is küzdenek a grafént először alkalmazó gyártó címének megszerzéséért. Ha sikerrel járnak, soha nem látott gyorsasággal kerül majd gyártásra egy frissen feltalált, forradalmi jelentőségű anyag.

Szívós anyagok:

A titánötvözetek titán és egyéb kémiai anyagok keverékéből állnak. Erős és könnyű anyagok, ellenállnak a korróziónak és a magas hőmérsékleteknek. Előállításuk költséges, ami korlátozza felhasználásukat. Repülőgépeken, sportautókban és katonai eszközökben, továbbá fogászati és ortopédiai implantátumokban is alkalmazzák őket.

Az egykristályos anyagok szabályos és folytonos rácsszerkezetű kristályok, melyek végtelenül növelhetők. Rácshiba nélküli szerkezetük révén egyedülálló tulajdonságokkal rendelkeznek. Félvezetők, lézerirányzékok, valamint erős, de kis képlékeny alakváltozással bíró termékek (pl. turbinalapátok) gyártásához használják őket.

A hőálló szuperötvözetek (HRSA) nikkel, kobalt vagy nikkel-vas alapú ötvözetek. Erősek, jól ellenállnak a képlékeny alakváltozásnak, a felületi kopásnak, a korróziónak és az oxidációnak. Nehezen megmunkálható anyagok, melyeket a repülőgép-hajtóművek különböző részeiben használnak fel (kompresszor, belső égési rendszer, turbina).

A grafén az említett anyagok közül a legvékonyabb, legerősebb és leginkább hőálló, de előállítása még a kutatási fázisban van. Anyagát tekintve egy egyetlen atom vastagságú grafitréteg. Az atomok méhsejt szerkezetű rácsformába rendeződnek. Számos iparágban remélik, hogy ez az új anyag forradalmian javítja majd a termékek tulajdonságait.