Προσφάτως, το γραφένιο -ένα θαυματουργό υλικό- έχει αποκτήσει ιδιαίτερη φήμη και αναγνωρισιμότητα στον κόσμο της επιστήμης. Υπόσχεται να φέρει επανάσταση στην καθημερινή μας ζωή, μέσω των πιθανών τεχνολογικών εφαρμογών του. Είναι δικαιολογημένο όλο αυτό το hype;
Ας το διερευνήσουμε ξεκινώντας από τα βασικά. Το γραφένιο είναι μια αλλοτροπική μορφή του άνθρακα, διατεταγμένου σε επαναλαμβανόμενο εξαγωνικό μοτίβο. Φανταστείτε το σαν τα κελιά των κυψελών που κατασκευάζουν οι μέλισσες, για να αποθηκεύσουν το μέλι που παράγουν. Έχει πάχος μόλις ενός ατόμου και ουσιαστικά είναι μια επιφάνεια που απλώνεται στις δύο διαστάσεις. Είναι τέτοια η μηχανική αντοχή της που για να τρυπήσει "θα χρειαζόταν ένας ελέφαντας να ισορροπεί πάνω σε ένα μολύβι", αναφέρει χαρακτηριστικά ο καθηγητής Τζέιμς Χόουν, του πανεπιστημίου Κολούμπια. Η επιφάνεια αυτή, 1.000.000 φορές πιο λεπτή από ένα φύλλο χαρτί, εμφανίζει κυματισμούς της τάξεως του ~1nm. Τη λεπτομέρεια αυτή σου τη δίνω γιατί είναι ωραίο να τη φανταστείς, καθώς δίνει μια αίσθηση "κίνησης" στη δομή του υλικού (not scientific at all).
Οι ιδιότητες του είναι πράγματι εξωτικές. Θεωρείται το πιο ισχυρό υλικό στη φύση (200 φορές ισχυρότερο από το ατσάλι), με εξαιρετικά υψηλές τιμές αντοχής στον εφελκυσμό και τη θραύση. Ταυτόχρονα παραμένει εύκαμπτο. Είναι πολύ καλός αγωγός του ηλεκτρισμού και της θερμότητας, ενώ απορροφά μόνο 2.3% του ορατού φωτός, κάτι που το καθιστά διαφανές.
Πως παράγεται; Μπορείς να το κάνεις και μόνος σου στο σπίτι! Δεν είναι καθόλου επικίνδυνο. Χρειάζεσαι ένα κοινό σελοτέιπ και τη μύτη ενός μολυβιού. Αρχικά, κολλάς το σελοτέιπ στη μύτη του μολυβιού και έτσι αφαιρείς κάποια στρώματα γραφίτη. Στη συνέχεια, εφαρμόζεις ξανά πάνω στο στρώμα που απομόνωσες την επιφάνεια του σελοτέιπ και ξεκολλάς. Όλο αυτό επαναληπτικά μέχρι να απομείνουν μονοατομικές στιβάδες κρυσταλλικού γραφίτη, δηλαδή γραφένιο. Εντάξει, δεν είναι τόσο εύκολο όσο το παρουσιάζω και χρειάζεται λίγο ακόμη science στην όλη διαδικασία, αλλά αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο οι Andre Geim και Konstantin Novoselov, του πανεπιστημίου Manchester, παρήγαγαν γραφένιο για τις ανάγκες της αρχικής τους μελέτης το έτος 2004. Μόλις έξι χρόνια αργότερα, το 2010, κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής! Σε προτρέπω να πειραματίζεσαι κι εσύ στο σπίτι, ποτέ δεν ξέρεις.
Τα τελευταία χρόνια οι επιστήμονες δοκιμάζουν το γραφένιο σε τεχνολογίες ονειρεμένες, βγαλμένες από έναν φουτουρισμό απίθανο. Σε πληροφορώ πως δεν τους έχει απογοητεύσει καθόλου, τη στιγμή που προηγούμενα υλικά αποτύγχαναν να εκπληρώσουν ακόμη και τα βασικά προαπαιτούμενα. Μια λίστα με ενδεχόμενες εφαρμογές είναι η εξής:
- πλήρης αλληλούχιση γονιδιώματος σε 15 λεπτά - σήμερα απαιτείται 1 ημέρα τουλάχιστον
- ολοκληρωμένα κυκλώματα με χρονισμό άνω των 10 GHz
- διαφανή φωτοβολταϊκά με απόδοση 60% - διπλάσια αυτής των συμβατικών ηλιακών κυττάρων που έχουν ως βάση τους το πυρίτιο
- φθηνή, 100 φορές πιο γρήγορη αφαλάτωση του θαλασσινού νερού
- μπαταρίες βασισμένες σε μικρο-υπερπυκνωτές που φορτίζουν 100 φορές πιο γρήγορα - το χρειάζονται τα σημερινά smartphones, κακά τα ψέματα
- αισθητήρες κάμερας 1000 φορές πιο ευαίσθητοι στο φως - οι νυχτερινές λήψεις θα είναι πιο ειδυλλιακές από ποτέ
- διαφανείς, εύκαμπτες ηλεκτρονικές συσκευές
- φακοί επαφής επαυξημένης πραγματικότητας
- ενισχυμένα αεροδιαστημικά υλικά
Το hype, λοιπόν, είναι δικαιολογημένο κατά τη γνώμη μου. Ωστόσο, υπάρχει ένα βασικό πρόβλημα. Δεν έχει βρεθεί ένας εύκολος, φθηνός και αποδοτικός τρόπος να παράγεται μαζικά το γραφένιο. Οι παραπάνω εφαρμογές, εάν πράγματι είναι εφικτές και υλοποιήσιμες, απαιτούν παραγωγή του σε βιομηχανική κλίμακα. Είναι γεγονός πως απέχουμε αρκετά από αυτό το στόχο. Διαβάζω, παρ' όλα αυτά, πως σημειώνεται ταχεία πρόοδος και σε αυτό το ζητούμενο. Have faith in science & technology.
Για όλα αυτά τα μαγικά και απίθανα υπάρχουν ερευνητικές ομάδες, που εργάζονται σκληρά για να τα φέρουν ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα. Πιο συγκεκριμένα, 126 ερευνητικές ομάδες από 17 κράτη-μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης -συμπεριλαμβανομένης και της Ελλάδας- συμμετέχουν στην ερευνητική πρόταση "Γραφένιο", λαμβάνοντας σταθερή χρηματοδότηση ύψους 1 δις € για 10 χρόνια. Έρευνα τέτοιας κλίμακας είναι βέβαιο πως θα εξελίξει την κατανόηση μας για το υλικό αυτό και δεν έχουμε παρά να περιμένουμε λίγα ακόμη χρόνια, πριν το δούμε να εισβάλει στην καθημερινότητα μας μέσω των εφαρμογών του.
Στο ερευνητικό πρόγραμμα "Γραφένιο" συμμετέχουν από τη χώρα μας το Ίδρυμα Τεχνολογίας & Έρευνας (ΙΤΕ), το Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων και το Ανώτατο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα (ΑΤΕΙ) της Κρήτης. Αξίζει να αναφερθεί πως ο Konstantin Novoselov -ένας εκ των δύο βραβευμένων ερευνητών του wondrous-material- θα βρεθεί στην Ελλάδα τον επόμενο μήνα, ως κεντρικός ομιλητής των Διαλέξεων Φυσικής & Χημείας του ιδρύματος Ωνάση. Οι διαλέξεις αυτές θα πραγματοποιηθούν στο Ίδρυμα Τεχνολογίας & Έρευνας του Ηρακλείου Κρήτης, στις 15-19 Ιουλίου.
σχόλια