Δευτέρα, 11 Μαΐου 2015

Γραφένιο.. Αναβαθμίζοντας την Καθημερινότητα..



Η θεωρητική μελέτη για την ουσία που ονομάζεται Γραφένιο ερευνήθηκε αρχικά από το θεωρητικό φυσικό Philip Wallace το 1947, ως σημείο έναρξης της μελέτης που πραγματοποιούσε, προσπαθώντας να καταλάβει τις ηλεκτρονικές ιδιότητες του πιο πολύπλοκου, τρισδιάστατου Γραφίτη. Το ονομα Γραφένιο, παρ' όλ' αυτά, επινοήθηκε 40 χρόνια αργότερα, ώστε να περιγράψει τα μονά φύλλα του Γραφίτη. Με άλλα λόγια, Γραφένιο είναι το όνομα που δόθηκε σε μία επιφάνεια πάχους ενός ατόμου, αποτελούμενη από άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε δισδιάστατο πλέγμα κηρήθρας. Ουσιαστικά, πρόκειται για το βασικό δομικό στοιχείο όλων των γραφιτικών υλικών περισσοτέρων διαστάσεων, το εφαλτήριο για την παρασκευή μεγαλύτερων αντικειμένων. Όμως, το Γραφένιο δεν κατασκευάστηκε στην παρατηρήσιμη και πειραματική του μορφή, έως και το 2004. 

Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες ανακαλύπτουν συνεχώς ότι η ουσία αυτή εμφανίζει κάποιες εκπληκτικές ιδιότητες. Κάποιοι προαναγγέλουν ότι θα είναι ένα από τα υλικά που κυριολεκτικά θ' αλλάξει τις ζωές μας τον 21ο αιώνα. Το Γραφένιο δεν είναι μόνο το πιο λεπτό υλικό που είναι πιθανό και εφικτό να κατασκευαστεί, αλλά είναι και περίπου 200 φορές πιο σκληρό από το ατσάλι και άγει τον ηλεκτρισμό καλύτερα από κάθε γνωστό υλικό, σε θερμοκρασίες δωματίου. Οι ερευνητές του Columbia University's Fu Foundation School of Engineering, οι οποίοι απέδειξαν ότι το Γραφένιο είναι το σκληρότερο υλικό που μέτρησαν ποτέ, αναφέρουν ότι "Θα χρειαζόταν ένας ελέφαντας, που θα ισορροπούσε σε ένα μολύβι, για να διαπεραστεί ένα φύλλο Γραφενίου, πάχους μίας διαφανούς μεμβράνης (μεμβράνη τροφίμων 12.5μm)".

To 1965, o Gordon Moore, συνιδρυτής της Intel, παρατήρησε ότι, από την εφεύρεση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, ο αριθμός των τρανζίστορ ανα τετραγωνική ίντσα διπλασιαζόταν κάθε χρόνο. Προέβλεψε ακόμη, ότι η τάση αυτή θα συνεχιζόταν και στο προβλεπόμενο μέλλον. Οι μηχανικοί των chip προσπαθούν συνεχώς για περισσότερη ταχύτητα (επεξεργασίας) και μικρότερο μέγεθος, χωρίς όμως να υπάρχει αύξηση της θερμοκρασίας. Το Γραφένιο, πιθανώς να είναι η λύση αυτού του προβλήματος, ώστε να επιτευχθούν όλα τα παραπάνω. Στη θεωρία, τα τρανζίστορ Γραφενίου θα μπορούσαν να εμφανίσουν μεγαλύτερες ταχύτητες και ακόμη να κερδίσουν τη μάχη αύξησης της θερμοκρασίας τους σε μικροσκοπικό επίπεδο.



Το 2010, δύο επιστήμονες, οι Konstantin Novoselow και Andre Geim κέρδισαν το βραβείο Nobel φυσικής, για την πρωτοποριακή τους δουλειά πάνω στο Γραφένιο. Το βραβείο αναγνώρισε ότι το Γραφένιο θα φέρει επανάσταση στην ηλεκτρονική βιομηχανία καθώς και ότι θα υπάρξει πιθανή παραγωγή ελαφριών αλλά παράλληλα σκληρότερων του ατσαλιού υλικών, μαζί και με άλλες εφαρμογές μιας μακρίας λίστας. Ο Geim ανέφερε ότι: "Συγκρίνετε την κατάσταση αυτή με πριν 100 χρόνια, όταν οι άνθρωποι ανακάλυψαν τα πολυμερή. Πέρασε αρκετός χρόνος έως ότου τα πολυμερή να χρησιμοποιηθούν στα πλαστικά και να γίνουν τόσο απαραίτητα στην καθημερινότητά μας."



Στις πιθανές εφαρμογές για το υλικό αυτό, περιλαμβάνονται: 
  1. Η αντικατάσταση των ινών άνθρακα σε σύνθετικά υλικά ώστε να παραχθούν ελαφρύτερα αεροσκάφη καθώς και ελαφρύτεροι τεχνιτοί δορυφόροι.
  2. Υλικά με βελτιωμένη αγωγιμότητα.
  3. Ενσωμάτωση στα πλαστικά, ώστε να άγουν τον ηλεκτρισμό, καθώς και να είναι άκαμπτα, σκληρότερα και ελαφρύτερα.
  4. Στεγανά πλαστικά δοχεία που συντηρούν το φαγητό φρέσκο για εβδομάδες.
  5. Καλύτερο αθλητικό εξοπλισμό.
  6. Ισχυρότερες τουρμπίνες για ανεμογεννήτριες.
  7. Διάφανα αγώγιμα κελύφη για ηλιακές κυψέλες και οθόνες.
  8. Αντικατάσταση του πυρητίου στα τρανζίστορ.
  9. Υπερπυκνωτές.
  10. Αύξηση της αποδοτικότητας των ηλεκτρικών μπαταριών με χρήση σκόνης γραφενίου,
  11. Υψηλής ισχύος και συχνότητας ηλεκτρονικές συσκευές.
  12. Εξελήξεις στις οθόνες αφής, LCD's και OLED's.
  13. Οπτοηλεκτρονικά.
  14. Τεχνητές μεμβράνες για διαχωρισμό υγρών.
  15. Ισχυρότερα ιατρικά εμφυτεύματα.
  16. Ανιχνευτές γραφενίου που θα μπορούν να εντοπίζουν επικίνδυνα κύτταρα.
  17. Νανο-κενά σε φύλλα Γραφενίου, που θα μπορούσαν πιθανώς να παρέχουν μία νέα τεχνική για γρήγορη ανάπτυξη της αλληλουχίας του DNA.
  18. Νανοκορδέλες Γραφενίου που θα μπορούσαν να είναι ένας τρόπος κατασκευής βαλιστικών τρανζίστορ. 

Τα παραπάνω αποτελούν απλά ένα συνοπτικό κατάλογο. Φανταστείτε ότι κάποιες εφαρμογές δεν έχουν ακόμη μελετηθεί..!! Φανταστείτε τις βελτιώσεις και την επανάσταση στα ηλεκτρονικά και μόνο..!! Η ΙΒΜ έχει ήδη επιδείξει έναν επεξεργαστή βασισμένο σε Γραφένιο, των 100GHz και δηλώνει ότι το 1THz βρίσκεται στον ορίζοντα. Το Γραφένιο προβλέπεται να εμφανίζει μελλοντικά απεριόριστες εφαρμογές σε κάθε πλευρά της βιομηχανίας αλλά και των κατασκευών. 

Τελικά, καθώς τα χρόνια θα περνούν, πιθανώς να γίνει μία καθημερινή ουσία, της οποίας η χρήση να είναι τόσο διαδεδομένη όπως των πλαστικών σήμερα. 

About the Author

Κωνσταντίνος Χατζηπαπάς

Author

Φυσικός

 
Φυσική Επιστήμη - Physics Mag © 2015 - Designed by Templateism.com
Επικοινωνία: info@physicsmag.com