Графенът – новото бъдеще на човечеството

Бисер Манолов, www.bissermanolov.com

Най-голямата европейска инициатива в областта на изследователската дейност се нарича Graphene Flagship. С бюджет 1 милиард евро тя представлява безпрецедентна по своя мащаб координация на съвместни научни изследвания в областта на графена. Какво представлява графенът и защо Европа ще инвестира тази колосална сума в изследване на неговите качества за производството му?

Мнозина учени вече приписват на графена титлата „материал, който ще промени света“ или „материал на века“. Други просто го наричат „материала чудо“. Открит е в началото на века от руските учени Константин Новоселов и Андрей Гейм. През 2010 г. въпросните учени са отличени с Нобелова награда. Най-любопитното е, че материалът е открит по един изключително опростен начин, за който са необходими само графитен прах и лепенка скоч. Самият процес по извличането на графена спада към нанотехнологиите. Това е област на приложните науки, която, най-общо казано, осъществява контрол над веществото на микроскопично ниво при размери, по-малки от 1 микрометър. Според учените графенът има здравина, надхвърляща 200 пъти тази на стоманата. Твърдостта му е няколко пъти по-голяма от тази на диаманта и притежава изключително голяма електро- и топлопроводимост. И в същото време графенът е

значително по-гъвкав и от силиция

Според някои учени в рамките на следващите години този суперматериал ще ни освободи от „силициевото робство“. С хумор се говори, че след няколко години Графеновата долина ще замени Силициевата в САЩ. В Китай вече има произведени графенови батерии. Опитите показват, че те се зареждат до 80% от капацитета си в рамките на една минута. Свойствата на графена тотално ще пренаредят концепцията за пренос и съхраняване на електроенергия. Само си представете революцията, която ще настъпи в автомобилната индустрия. Според някои учени този материал може да бъде използван в следната посока: всеки паркиран електромобил с графенова батерия може да отдава електрическия си заряд в електросистемата. В момента, в който решите да го ползвате, пускате съобщение и в рамките на една минута батерията му е заредена.

Това не са фантазии, а вече реалности

Японски учени са разработили филтър на базата на графена, който може да трансформира морската вода в питейна. Мембраната на графеновия филтър пропуска водата, но задържа солта. Това може да реши световния проблем с питейната вода. Или си представете света без ръжда. Графенът е 100% устойчив на всякакви киселини и корозия. Вече има разработена боя на основата на графена, която практически е вечна. Откриването на този материал може да намери приложение навсякъде. Графеновата нишка се използва в така нареченото триизмерно принтиране. Представете си принтер, който е нещо като шевна машина. Всеки един предмет може да бъде изграден от него на базата на графеновата нишка. Вече има успешни опити в 3D принтирането на изкуствени човешки органи от графен. Да, в медицината приложението му е практически неограничено. Изследователите са интегрирали успешно електроника, произведена на основата на графен, в биологични системи. Казано по-просто, графеновите детайли могат успешно да се интегрират в невронните системи.

Гориво от въздуха?

Да, възможно е. Екипът на Андрей Гейм от Манчестърския университет е разработил преносими електрически генератори чрез използването на графен, които произвеждат електроенергия на базата на хидроген, извлечен от въздуха. Както казва самият Гейм: „Действително вие добивате гориво от въздуха и произвеждате електроенергия.“

Определено Европа изпреварва останалия свят в разработването на различни приложения на графена. Огромни инвестиции в тази посока правят също така Ай Би Ем и „Самсунг“. Ай Би Ем са разработили 150-гигахерцов транзистор, базиран на графена. За сравнение най-бързият силиконов транзистор е 40 гигахерца. Доктор Ю Минг Лин от Ай Би Ем казва: „Въпреки че открихме множество проблеми, не мисля, че те ще намалят в бъдеще използването на графена.“

Разбира се, че някои изследователи са все още изключително предпазливи по отношение на бъдещото приложение на графена заради откритите множество проблеми. Практически графеновата батерия не може да бъде „изключена“. Това означава, че докато е заредена, тя работи непрекъснато. Това е така нареченият switch off проблем. Друг минус е, че производството на графен е изключително енергоемко, което го прави все още скъп за масово приложение в електрониката. Несъмнено предстои още огромна работа в посока на тоталното изместване на силиция от страна на графена. От Ай Би Ем даже споменават, че ще бъдат най-щастливите хора на планетата, ако се намери заместител на силиция, но според тях
все още е твърде рано за шампанското

В момента е най-точно да се каже, че се работи в посока откриване на потенциала на графена в различни сфери, но от масовото му приложение сме още далеч.

Както виждаме, Европа е готова да налее колосални средства за научно изследване на възможните практически приложения на графена. Някак ми се струва, че нашият научен потенциал, по-точно неговите представители, отново стои твърде встрани от този процес. Поне аз не съм чувал за българско участие. В самия учредителен документ на Graphene Flagship в Европа е записано, че приложението на графена ще доведе до увеличаване на икономическото развитие на Стария континент, което от своя страна ще генерира нови работни места. Не знам, може би към настоящия момент това звучи твърде амбициозно, но и инвестираната сума от ЕК звучи внушително. (Сайтът на сдружението) Видно е, че Европа ще инвестира колосални суми в развитието на нови технологии. Почти сигурно е, че при наличието на такива инвестиции тя може да измести САЩ в позицията и на световен център на новите технологии. Струва ми се, че Графеновата долина ще бъде на европейски адрес. Най-напред са, както казах вече, Манчестърският институт и Технологичният университет Чалмърс в Кемигарден, Швеция.

Проучванията на графена се развиват изключително бързо, макар че са изминали малко повече от десет години от откриването му. Ако искаме да бъдем в крак с времето, българските учени трябва да намерят своето място в този най-нов научен проект със свой собствен принос. Останалото са само приказки.