Графенът – суперелементът, който ще промени света
Човечеството има дарбата да се самоунищожава поне веднъж на няколко века. Доброволният акт винаги се посреща с одобрението на масата и често се разпалва с амбицията на шепа хора. Когато Александрийската библиотека е изгорена, философите са на мнение, че последните 2000 години също са хвърлени в огъня. Сред ценната информация присъстват и някои тайни японски практики за създаването на самурайския меч.
За него се знае, че е изключително лек и поразяващ, изработен от най-лошия възможен материал, но същевременно по-здрав от най-добрите метали, които се срещат към този момент. Въпросната библиотека е била смятана за едно от чудесата на античния свят и освен познанията за създаването на самурайския меч, в нея се пазили и още много тайни. Не случайно я наричали и центъра на знанието и науката.
Добрата новина е, че науката никога не спира да съществува и през 2004 г. двама учени от университета в Манчестър за първи път правят експеримент с елемент, който може да промени завинаги историята на човечеството. Андре Гейм и Константин Новоселов са първите, които започват да разглеждат качествата на графита. Любопитен факт е, че докато НАСА се стреми да създаде химикал, който да работи в космоса при нулева гравитация, руснаците използват молив, защото се оказва, че графитът няма никакви проблеми за работа във всякакви условия. Неговата структура е изключително тънки пластове на чист въглерод, поставени един върху друг.
Учените решават да тестват една интересна теория – да изолират един такъв тънък слой до размерите на атом. Постигнали този успех с помощта на най-обикновено тиксо, което поръсвали с графитен прашец. Всеки път залепвали двата края на тиксото и го отлепяли, докато на повърхността не останало минималното количество. Звучи странно и дори смешно, но след като експериментът им бил успешен, господата започнали да наблюдават един нов елемент – графен.
Най-вероятно не подозирали, че това ще бъде елемент с изключителна електропроводимост. През 2010 г. двамата физици ще поделят Нобеловата награда за откритието си, докато останалият научен свят ще търси ново приложение на така наречения „суперматериал“. За какво обаче ще служи графенът? На първо място трябва да знаем, че е изключително лек, но същевременно много твърд елемент.
Науката възнамерява да го използва за създаването на много по-издръжливи батерии, по-бързи микрочипове, безгрешни био сензори и още много други. Десет години по-късно можем да забележим, че технологичния свят се опитва да намери приложение на толкова големите обещания и според мнозина, през следващите години ще видим по-устойчиви умни устройства, електромобили с впечатляващ пробег и много други.
Под микроскоп можем да разберем защо този материал се смята за толкова специален. Разглеждането на атома на графена показва, че е около 200 пъти по-здрав от стоманата. Същевременно може да се смята за около 1000 пъти по-лек от хартията, с прозрачност от 98%. Електропроводимостта му на стайна температура към настоящия момент бие всеки възможен елемент от Менделеевата таблица.
Не трябва да забравяме, че графенът се създава от четвъртия най-разпространен елемент в света – въглеродът. Това трябва да ни подсказва, че скоро няма да свърши, а имайки предвид значително по-лесния начин за добиване и изолиране, можем спокойно да видим достъпна и в пъти по-качествена техника. И огромните сили на графена идват от неговата атомна структура. Решетката му напомня много на медена пита и въглеродните атоми се подреждат в шестоъгълници. Всеки въглероден атом се свързва с други три атома, за да даде необходимата здравина. Електропроводимостта е възможна по същата причина. Въглеродният атом има четири електрона, а във веригата на графена, всеки един въглероден атом използва по един електрон, за да се свърже с останалите въглеродни атоми, следователно остават три свободни електрона, които се движат около атомното ядро.
Именно те могат да провеждат електричество, при това без особено съпротивление. Много скоро учените от Института по технология в Масачузец правят още едно интересно откритие. Ако вземат два графенни атома и ги поставят един върху друг, но ги разместят само с един градус, получават суперпроводник.
Към момента в света има изключително малко познати елементи с такова качество – възможността да пренасят електричество без никакво съпротивление. Това откритие се смята за сензация в научния свят по абсолютно същата причина – евтиният материал за добиване може да промени изцяло света на технологията. Експериментът е проведен в изключително ниски температури, но според изследователите при комбиниране с други елементи, графенът може да постигне такава ефективност при стайна температура. Можем да си представим употребата му в аудио техниката, където сигналът ще достига до говорителя, при това без никакво съпротивление, доставяйки чистия и качествен звук.
Успехът в такъв случай може да гарантира драстично намаляване на консумираното електричество, както и на много по-дълъг живот на електромобилите. В този случай можем спокойно да говорим и за края на двигателя с вътрешното горене в следващите 50-100 години. И най-интересното е, че някои изследователи са категорични в употребата му в следващите 4 години. Според Андреа Ферари, продукти със съдържание на графен може да се разработват и докато четете тези редове.
Интегрирането на суперелемента в батериите ще доведе до много повече живот на батерията, още по-бързо зареждане и задържане на енергията. Според изчисленията, батериите с графен ще бъдат около 5 пъти по-бързи за зареждане от литиево-йонните, както и три пъти по-издръжливи. Що се отнася до живота им, преди да изгубят своите качества, те ще бъдат с около 3 пъти по-дълъг живот.
Към момента гиганти като Samsung и Huawei провеждат експерименти с новия елемент и възнамеряват да го интегрират във всички свои устройства през следващата година. Батериите за електромобилите ще трябва да почакат още няколко години. Европейският съюз е инвестирал сумата от 1 милиард долара за по-бърза разработка, а към този момент се работи не само върху батерии, но и върху слънчеви колектори с графен, които при първите тестове се оказват с до 20% по-ефективни.
Скоро можем да заговорим и за камери с въпросния елемент. Фотонната му сила е впечатляваща. Графенът може да се използва в светлинните сензори и е известен с това, че може да улови и най-ниската светлинна вълна във видимия и невидимия спектър. Според учените, при евентуален успех, потребителят може да се радва на много по-качествена камера, а медицината на още по-ясни картини. Обещанията за тази нова технология са наистина впечатляващи, но не трябва да забравяме, че ще се изисква особено време, преди да бъде интегрирана навсякъде. Въпреки това не можем да отречем, че приложенията и вниманието към елемента изобщо не са малко.
