Moć grafena

“Naše istraživanje je pokazalo da je grafen najjači materijal, oko 200 puta jači od konstrukcionog čelika“, izjavio je profesor Džejms Hone sa Kolumbija Univerziteta i slikovito pojasnio: “Morali bismo da balansiramo slona na olovci da bi se probio list grafena debljine najlona.”

Ključne karakteristike grafena, dvodimenzionalne ugljenikove strukture debljine jednog atoma, su kako prenosi portal Pixelizam brojne.

Tanak kao papir, jači od čelika

Neobično je čvrst, a u isto vreme i savitljiv. U poređenju “lista” grafena sa čelikom, on je šest puta lakši, ima pet do šest puta manju gustinu, sa deset puta većom čvrstoćom od čelika i trinest puta je savitljiviji.

Ove karakteristike bi mogle da imaju izuzetno veliki uticaj na budućnost vozila, posebno u avio industriji, koja uveliko zavisi od odnosa čvrstine i težine materijala.

S obzirom na fleksibilnost grafena, novi i radikalan dizajn bi mogao biti dostupan za sve vrste vozila. Osim toga, grafen je materijal koji se može i reciklirati, što ga čini relativno lakim i jeftinim za proizvodnju.

Grafen može da proizvede i provodi električnu energiju u najelementarnijim uslovima, kao što je soba do koje dopire sunčeva svetlost. (Izvor: Pixabay)

Reaguje na materijal koji se nalazi ispod njega

Kada se stavi na različite materijale, ovaj materijal debljine samo jednog atoma može da poprimi sasvim različita svojstva.

Istraživanja sprovedena na Institutu za tehnologiju u Masačusecu (MIT) pokazuju da je grafen toliko tanak da je konstantno pod uticajem električnog polja atoma koji se nalazi ispod njega.

U tom pogledu, ukoliko bi naučnici imali nameru da određene biomolekule dovedu do reakcije,  grafen bi mogao da im pomogne.

U kontaktu sa svetlom, grafen stvara električnu energiju

Prema istraživačima na MIT-u, grafen stvara električnu energiju kada ga pogodi svetlosti. Pored mnogih impresivnih karakteristika, mogućnost za proizvodnju solarne energije je ono što izaziva posebnu pažnju.

Grafen funkcioniše tako da kada je pogođen svetlošću, i to ne samo sunčevom, već gotovo bilo kojom vrstom svetlosti, dobija karakteristiku toplog provodnika. To znači da elektroni molekula grafena dobiju dovoljno energije da počnu da se kreću, iako ugljenik ispod ostaje hladan.

Provodnici električne energije nisu nešto novo, ali predstaljaju revoluciju u ovoj vrsti scenarija. Grafen može da proizvede i provodi električnu energiju u najelementarnijim uslovima, kao što je soba do koje dopire sunčeva svetlost.

Poboljšava efikasnost desalinizacije

Pored brojnih mogućnosti, grafen ima mogućnost da poveća efikasnost desalinizacije za dva ili tri puta, kažu istraživači MIT-a.

Desalinizacija je inače veoma važna, jer oko 97 odsto vode na planeti nije za piće, s obzirom na to da je slana. Sa druge strane, metode za uklanjanje soli iz vode su dugotrajne i skupe.

U tom smislu, grafen, ima potencijal da promeni način na koji se do sada odvijo ovaj proces i  postane “najbolji filter na svetu”. Ako možete povećati efikasnost desalinizacije za dva ili tri puta, problem pijaće vode u svetu bi bio rešen.

Desalinizacija funkcioniše tako da morska voda prolazi kroz filter koji blokira so, a propušta čistu vodu. Međutim, problem je u tome da što je deblji filter, proces je manje efikasan. Ako ste već stvorili sliku o grafenu, trebalo bi da imatee u vidu i to da su listovi grafena debljine jednog atoma. Budući da je nanopropusan, može pustiti vodu da prođe kroz njega, ali ne i soli, a sve to bez potrebe za ikakvim pritiskom, pomoću kojih trenutni filteri rade.

Jedna od slabosti grafena je to da je pretanak, uprkos neverovatnoj čvrstini, što ga čini sklonom oštećenju. (Izvor: Findlight.net)

Grafen jača efikasnost veštačke fotosinteze

Nedavna studija tima naučnika Instituta za Hemijsko i Tehnološko Istraživanje u Koreji i Ewha Ženskog Univerziteta, otkrila su da grafen ima potencijal za povećanje efikasnosti veštačke  fotosinteze. To je barem delom moguće zbog sposobnosti grafena da proizvode električnu energiju pri izloženosti svetlu.

Kada je reč o fotosintezi, bilo da je veštačka ili ne, postoji važan deo procesa koji se zove fotokatalizator. U biljkama, fotokatalizator je hlorofil. U laboratoriji, proces je malo teži, ali grafen bi mogao biti rešenje.

S obzirom na to da je 46 odsto ukupne sunčeve svetlosti koja udara Zemlju u vidljivom spektru, dok je samo 4 odsto u UV području, dosadašnji veštački fotokatalizatori koji dobijaju svoju “hranu” od normalno vidljivog sunčevog svetla nisu pokazali najbolji rezultat.

To je i razlog što su naučnici pokušali da iskoriste grafen kao fotokatalizator. Kao što se i očekivalo, običan list grafena u kombinaciji s malo enzima porfirina postao je izuzetno funkcionalan sa sunčevim svetlosnim spektrom, što ga je odmah učinilo najboljim kandidatom za veštačke fotokatalizatore.

Ovo otkriće se ne zaustavlja samo na veštačkoj fotosintezi. Uskoro se mogu očekivati veštačke  solarne ćelije koje se napajaju sunčevom svetlošću i karbon dioksidom, a pretvaraju ih u metansku kiselinu, koja se koristi u industriji plastike.

Listovi grafena mogu da se regenerišu

Pored svih navedenih karakteristika, čini se da nije više pitanje „šta grafen može“, već „šta grafen ne može da učini“.

Jedna od slabosti grafena je to da je pretanak, uprkos neverovatnoj čvrstini, što ga čini sklonom oštećenju.

Tim istraživača na Univerzitetu u Mančesteru, u Velikoj Britaniji, koji uključuje i jednog od pronalazača grafena, ruskog naučnika Konstantina Novoselovog, otkrio je još jedan koristan  kvalitet materijala koji bi mogao prevazići i svoje slabosti. Reč je o tome da list grafena sa rupama, ukoliko je izložen gomili slobodnih atoma ugljika, može popuniti sve rupe, i biti kao nov.

Do ovog otkrića je došlo sasvim slučajno, kada su naučnici dodavali metalne trake na materijal, kako bi eksperimentisali sa povećanom primenom u elektronici. Primetili su da “odlutali” atomi ugljenika popunjavaju oštećenja na listu grafena, što je dovelo do novog revolucionarnog otkrića.

Kada su usmerili pažnju na ovaj fenomen, istraživači su otkrili da i ugljikovodonici pokazuju slično ponašanje, s tim da bi oni mogli da stvore nepravilne formacije u lista grafena. Međutim, čisti atomi ugljenika, u odgovarajućim količinama, mogu da popune rupe u savršenom heksagonalnom obliku. Kada je nestalo slobodnih atoma ugljenika, atomi metala su preuzeli njihovu ulogu i popunili preostale rupe.

Grafen je očigledno material neverovatnih mogućnost, ali je njegov potencijal tek počeo da se otkriva.