Chociaż do połowy XX wieku potwierdzono istnienie jedynie dwóch odmian alotropowych węgla, to jednak naukowcy przypuszczali, że może ich być więcej. Jak się okazało, mieli rację. Jednym z takich wizjonerów był kanadyjski fizyk Philip Russell Wallace.
To właśnie Wallace w 1947 opublikował artykuł, w którym uzasadniał teoretyczną możliwość istnienia odmiany węgla będącej w istocie najcieńszą możliwą warstwą kryształu grafitu – najcieńszą, ponieważ charakteryzującą się grubością zaledwie 1 atomu. Z racji swojego pochodzenia atomy węgla miały przyjmować sześciokątną strukturę przestrzenną przypominającą swoim układem plaster miodu. W latach 40. świat nauki nie był jeszcze gotów na takie rewelacje i natychmiast ukazało się kilkadziesiąt prac negujących możliwość istnienia substancji o takiej grubości, czyli w pewnym uproszczeniu posiadającej jedynie dwa wymiary, a przez to określanej jako materiał 2D.
Na kilkadziesiąt lat temat przycichł, jednak już w latach 70. coraz śmielej teoria Wallace’a zaczęła zyskiwać zwolenników. Nowa substancja z racji pochodzenia zyskała nazwę grafen. Jedynym, ale nie małym problemem było jej uzyskanie. Dokonało tego dopiero w roku 2004 dwóch naukowców – Andre Geim i Konstantin Nowosielov. Ich metoda była bardzo prosta i polegała na rozwarstwianiu grafitu za pomocą zwykłej taśmy klejącej. Uzyskiwali w ten sposób coraz cieńsze warstwy grafitu, aż do uzyskania warstwy o grubości jednego atomu węgla. Cóż takiego wielkiego było w tym odkryciu, że zaledwie 6 lat później odkrywcy zostali uhonorowani Nagrodą Nobla? Okazuje się, że grafen posiada wprost niesamowite właściwości. Jest 100 razy bardziej wytrzymały od stali, a jednocześnie jest dużo lżejszy i bardziej sprężysty (do 20% bardziej rozciągliwy). Ponadto jest doskonałym przewodnikiem ciepła i elektronów oraz jednym z najlepszych znanych obecnie półprzewodników (obok np. borofenu, czy sześciennego arsenku boru). Jest przy tym prawie zupełnie przezroczysty (przepuszcza 98% światła). Wszystkie te cechy sprawiają, że grafen może być stosowany jako składnik materiałów kompozytowych o wysokiej trwałości, w tym w elektronice. Tranzystory na bazie grafenu dadzą możliwość dalszej miniaturyzacji i wzrostu wydajności układów scalonych, a jego zdolność do odkształcania i przeźroczystość pozwolą na konstruowanie elastycznych wyświetlaczy dotykowych. Kolejną dziedziną, w której grafen może dokonać rewolucji jest biomedycyna. Zastosowania grafenu upatruje się w celach diagnostycznych, jako nośnika leków a także w inżynierii tkankowej, przy czym w aplikacjach medycznych bardzo przyda się również jego kolejna właściwość jaką jest antyseptyczność.
Główny problem warunkujący obecnie powszechne zastosowanie grafenu stanowi jego produkcja. Mimo istnienia tysięcy patentów w zakresie metod otrzymywania, na razie cena, jakość i forma uzyskiwanego grafenu nie są do końca zadowalające. Warto jednak przypomnieć, że na dworze Napoleona III aluminium było droższe od złota, a biorąc pod uwagę aktualną relację cen tych metali, pozostaje mieć nadzieję, że z grafenem będzie podobnie.
Instytut w ramach swojej działalności zajmuje się wytwarzaniem i charakterystyką materiałów węglowych i porowatych. Realizujemy prace m.in. ukierunkowane na uzyskiwanie struktur węglowych o wymaganej reaktywności czy charakterystyce materiału porowatego. W tym celu wykorzystujemy szeroki wachlarz metod syntezy – metody termiczne i hydrotermiczne. Natomiast w ramach charakterystyki struktur porowatych (w tym węglowych), zastosowanie znajdują m.in. metody piknometryczne (cieczowe i He), porozymetryczne (Hg) i adsorpcyjne (N2 i CO2), ale również termograwimetryczne, spektroskopowe czy mechaniczne. Dzięki zgromadzonemu doświadczeniu jesteśmy w stanie świadczyć w tym zakresie usługi w sposób kompleksowy i zoptymalizowane pod względem wymogów stawianych przez naszych Partnerów.
Zapraszamy do współpracy!
Przygotował: Adam Cygan
Zakład Gospodarki o Obiegu Zamkniętym