Grafit a grafén sú dve rôzne, podobné a predsa diametrálne odlišné formy uhlíka. Obe majú šesťuholníkové usporiadanie atómov uhlíka v podobe včelieho plástu, tým ale podobnosť viac-menej končí. Grafit (tuha) obsahuje mnoho vrstiev šupiniek takýchto zhlukov atómov, pričom vertikálne väzby medzi nimi sú slabé, dôsledkom čoho je jeho mäkkosť, aj schopnosť písať takmer po ľubovoľnom materiáli.
Grafén naproti tomu tvorí len jediná vrstva šesťuholníkových štruktúr, má teda hrúbku jedného atómu uhlíka a podstatne odlišné fyzikálne vlastnosti. Na rozdiel od tuhy je dobrým vodičom tepla, je extrémne pevný a tuhý. Vyskytuje sa aj v rôznych 3D modifikáciách, napr. v tvare gule, alebo rúrky (tzv. nanorúrky), ktoré sa nazývajú fullerény. Ide ale v podstate o výtvory z „grafénovej fólie“. Lano, či skôr široká páska z nanotrubiek by mohla nájsť uplatnenie aj pri sci-fi projekte vesmírneho výťahu.
Tip: Vesmírny výťah – ekologicky na obežnú dráhu?
Čo je grafén?
K zaujímavým záverom o novom potenciáli grafénu dospeli vedci zo Stanfordskej univerzity, keď skúšali grafén dotovať. Cieleným dotovaním grafénu atómami iných prvkov sa síce naruší jeho symetrická štruktúra, ale zároveň tak grafén získa piezoelektrické vlastnosti.
Atómy lítia (červené) umiestnené v grafénovej štruktúre dodajú tomuto materiálu piezoelektrické vlastnosti. Zdroj: Mitchell Ong, Stanford School of Engineering
Znamená to, že pri mechanickom zaťažení takýto materiál dokáže generovať elektrický prúd a naopak, privedením elektrického prúdu sa piezoelektrický materiál deformuje. K uplatneniu v oblasti elektroniky od tranzistorov po superkapacitory, alebo napr. pri antikoróznych náteroch tak môže pribudnúť široká škála nových aplikácií.
Nové aplikácie grafénu sa do IT dostanú aj vďaka piezoelektricite
Zaujímavé je, že vedci pod vedením Evana Reeda skúmali vlastnosti modifikovaného grafénu pomocou modelovania na výkonnom superpočítači. V rámci experimentov ukladali do štruktúry grafénu atómy vodíka, draslíka, fluóru a lítia na jednej strane plochy grafénu a taktiež vyskúšali aj rôzne kombinácie prvkov pri obojstrannej dotácii. Vo všetkých prípadoch došlo k narušeniu symetrie materiálu a k vzniku významných piezoelektrických vlastností podobnej veľkosti ako u trojrozmerných štruktúr. Autori výskumu sa domnievajú, že takto upravený grafén by mohol nájsť využitie vo fotonike, vysokofrekvenčnej akustike, mikroelektronike a v ďalších oblastiach, informoval server Stanford University.
Ako sa vyrába „obyčajný“ grafén?
Foto: zmescience.com