20 godina grafena: Čudesni materijal koji će promeniti svet ili razočaranje?

Pre dvadeset godina, dva fizičara sa Univerziteta u Mančesteru, Andre Gejm i Konstantin Novoselov, objavili su revolucionarni rad o „efektu električnog polja u atomski tankim ugljeničnim filmovima“. Njihov rad opisao je izuzetna elektronska svojstva grafena, kristalnog oblika ugljenika ekvivalentnog jednom sloju grafita, debljine samo jednog atoma.

Rad je brzo kopiran i reprodukovan od strane naučnika širom sveta. Razvijene su nove metode za pravljenje ovog materijala. Neverovatne tvrdnje o njegovim svojstvima učinile su da zvuči kao nešto iz stripa Stena Lija. Jači od čelika, visokofleksibilan, super-klizav i nepropustan za gasove. Bolji elektronski provodnik od bakra i bolji toplotni provodnik od dijamanta, kao i praktično nevidljiv i sa mnoštvom egzotičnih kvantnih svojstava.

Grafen je proglašen revolucionarnim materijalom, obećavajući ultra-brzu elektroniku, superračunare i super-jake materijale. Još fantastičnije tvrdnje uključivale su svemirske liftove, solarna jedra, veštačke retine, pa čak i ogrtače nevidljivosti.

Samo šest godina nakon njihovog početnog rada, Gejm i Novoselov su dobili Nobelovu nagradu za fiziku, dodatno podstičući entuzijazam oko ovog čudesnog materijala. Od tada su stotine hiljada naučnih radova objavljene o grafenu i srodnim materijalima.

Ali nisu svi bili ubeđeni. Prelistajte odeljak komentara bilo kojeg popularnog članka o materijalu i brzo ćete pronaći skeptike. “Podnosili smo decenije praznih obećanja o stvarnom uticaju grafena”, žale se oni. “Gde su revolucionarni proizvodi da obogate naše živote ili spasu svet od klimatskih promena?” pitaju.

Dakle, da li je grafen bio ogroman uspeh ili razočaranje? Kao što je često slučaj, realnost je negde između.

Usponi i padovi grafena

U smislu percepcije javnosti, fer je reći da su grafenu postavljena praktično nemoguća očekivanja. Popularni mediji svakako mogu preuveličavati naučne priče radi klikova, ali ni akademici nisu imuni na preterivanje ili spekulacije o svojim omiljenim projektima. Istina je da to čak može biti korisno, pomažući da se nove tehnologije pokrenu napred. Isto tako, može doći do reakcije kada napredak izgleda razočaravajuće.

Uz to, disruptivne tehnologije poput automobila, televizije ili plastike su zahtevale decenije razvoja. Grafen je još uvek novajlija u odnosu na njih, tako da je prerano donositi bilo kakve zaključke o njegovom uticaju.

Shutterstock

Ono što se tiho dogodilo je stalna integracija grafena u brojne praktične primene. Velikim delom zahvaljujući projektu **Graphene Flagship**, velikoj evropskoj istraživačkoj inicijativi koju koordinira Tehnološki univerzitet Čalmers u Švedskoj. Cilj ovog projekta je da grafen i srodne materijale iz akademskog istraživanja prenese u stvarne komercijalne primene, a više od 90 proizvoda je razvijeno tokom protekle decenije kao rezultat toga.

Ovo uključuje mešane plastike za visokoperformansnu sportsku opremu, izdržljivije trkačke gume za bicikle, kacige za motocikle koje bolje raspoređuju sile udara, termički provodne premaze za komponente motocikala i lubrikante za smanjenje trenja i habanja između mehaničkih delova.

Grafen pronalazi svoj put u baterije i superkondenzatore, omogućavajući brže vreme punjenja i duži vek trajanja. Provodljiva grafenska mastila sada se koriste za proizvodnju senzora, bežičnih oznaka za praćenje, grejnih elemenata i elektromagnetnih štitova za zaštitu osetljive elektronike. Grafen se čak koristi u slušalicama za poboljšanje kvaliteta zvuka i kao efikasnije sredstvo za prenos toplote u klima uređajima.

Proizvodi od grafen-oksida se koriste za desalinizaciju, tretman otpadnih voda i prečišćavanje pijaće vode. U međuvremenu, niz grafenskih materijala može se kupiti gotov za upotrebu u bezbroj drugih proizvoda, a velike korporacije uključujući SpaceX, Tesla, Panasonic, Samsung, Sony i Apple ih navodno ili potvrđeno koriste za razvoj novih proizvoda.

Od obećanja do praktičnosti

Uticaj grafena na nauku o materijalima je neosporan. Uticaj na potrošačke proizvode je opipljiv, ali ne i vidljiv. Kada je materijal ugrađen u funkcionalan proizvod, nema velike potrebe da se i dalje pominje, a interesi u zaštiti patenata mogu učiniti da kompanije budu nevoljne da ulaze u detalje u svakom slučaju.

Potrošači stoga mogu biti blaženo nesvesni da njihov automobil, mobilni telefon ili palica za golf sadrži grafen, i verovatno ih nije briga, sve dok radi. Kako se metode proizvodnje poboljšavaju i troškovi smanjuju, možemo očekivati da će grafen biti sve šire prihvaćen. Ekonomski obim će ga učiniti pristupačnijim, a verovatno će se i dalje širiti spektar primena. U međuvremenu, grafen već pomaže u oblikovanju bolje budućnosti—tiho i postojano, prenosi TheConversation.