Odkryli grafen - dostali Nobla z fizyki

Grafen to cudowna substancja będąca przyszłością nauki, komputerów i telekomunikacji. Za wyizolowanie po raz pierwszy grafenu i opisanie jego cech przyznano tegoroczną Nagrodę Nobla z fizyki.

Istnienie węgla w postaci grafenu przewidywano już kilkadziesiąt lat temu (termin grafen wprowadzono w latach 80 ubiegłego wieku). Jednak trudno było wyizolować wystarczająco duże kawałki grafenu, aby móc je zidentyfikować i opisać ich podstawowe własności fizyczne. Po raz pierwszy w 2004 roku dokonali tego rosyjscy badacze Andre Geim i Konstantin Novoselov z uniwersytetu w Manchesterze, za co 5 października 2010 roku otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki.

Andre Geim i Konstantin Novoselov

Czym jest grafen? To warstwa węgla o grubości pojedynczego atomu – trzy miliony grafenowych arkuszy ułożonych jeden na drugim dadzą warstwę o grubości tylko 1 mm. Strukturę grafenu możemy sobie wyobrazić jako siatkę o sześciokątnych oczkach – przypominającą dwuwymiarowy plaster miodu - które w każdym narożniku mają pojedynczy atom węgla.
 

Przez wiele lat grafen był jedynie tworem teoretycznym, choć jego wyizolowanie było dosłownie w zasięgu ręki. Tegoroczni nobliści początkowo do „wyprodukowania” grafenu wykorzystywali zwykłą taśmę samoprzylepną. Odrywali za jej pomocą fragmenty z kawałka grafitu – podobnego jak ten stosowany w każdym ołówku. Powtarzając tę czynność kilkadziesiąt razy na poprzednio oderwanym fragmencie grafitu, odrywali coraz cieńsze warstewki, aż w końcu udało się im otrzymać mikroskopijne kawałki grafenu. Aby móc je obejrzeć – grafen jest prawie przezroczysty (przepuszcza aż 98% padającego światła) - umieścili je na płytce z tlenku krzemu, takiej samej jak wykorzystywana przy produkcji układów półprzewodnikowych.

Ta „domowa” metoda nie pozwala jednak na produkcję dużych arkuszy grafenu. Obecnie za pomocą technologii podobnych jak te wykorzystywane do produkcji podzespołów półprzewodnikowych udaje się otrzymać arkusze grafenu o szerokości 70 centymetrów.

Dlaczego grafen budzi takie emocje? Jest bardzo wytrzymały – sto razy mocniejszy niż stal, a jednocześnie bardzo lekki – arkusz o wymiarach 1 x 1 metr waży mniej niż jedna tysięczna grama (0,77 mg) i jest w stanie wytrzymać nacisk około 4 kilogramów. Wytworzone z grafenu materiały kompozytowe będą mogły być stosowane w wielu dziedzinach, między innymi do budowy samolotów.

Grafen jest także bardzo obiecującą substancją dla producentów podzespołów elektronicznych - wykazuje się bardzo wysokim przewodnictwem elektrycznym, a jego zdolność przewodzenia ciepła nie ma sobie równych – jest ponad 10 razy wyższa niż w przypadku miedzi. Grafen można także rozciągnąć nawet o 20% bez ryzyka uszkodzenia. Nie należy także zapominać o wspomnianej przezroczystości.

Powyższe cechy pozwolą wykorzystać w przyszłości grafen do produkcji elastycznych wyświetlaczy dotykowych, które można zastosować w odzieży, telefonach czy tabletach. Grafen stwarza szanse przełamania mitycznej bariery częstotliwości 1 THz – dzięki superszybkim grafenowym tranzystorom. Umożliwi także dalszą miniaturyzację elektroniki w zakresie nieosiągalnym dla dzisiejszych technologii bazujących na krzemie. Inne możliwe zastosowania to produkcja wydajnych paneli słonecznych, a nawet wykrywaczy zanieczyszczeń czułych na pojedyncze molekuły. Jest więc za co trzymać kciuki.
 

Warto podkreślić, że odkrycia, które przyczyniają się do udoskonalenia technologii powszechnych w naszym codziennym życiu, w ostatnich latach cieszą się bardzo dużą sympatią komitetu noblowskiego. Dla przypomnienia - w 2009 roku nagrodzono badania, które doprowadziły do powstania doskonalszych sieci światłowodowych, a także wynalazek sensora CCD, który zapoczątkował erę cyfryzacji technik rejestracji obrazu. W 2007 roku nagrodzono dwójkę naukowców, którzy odkryli zjawisko gigantycznej magnetorezystancji (GMR). To odkrycie pozwoliło opracować bardzo czułe głowice do odczytu danych, dzięki czemu dzisiejsze dyski twarde osiągają tak duże pojemności i mają małe rozmiary. I aby nie sięgać już zbyt daleko w przeszłość – rok 2005, w którym nagrodzono osoby prowadzące badania w dziedzinie optyki i laserów – ich odkrycia doprowadziły do powstania między innymi bardzo precyzyjnych układów nawigacji satelitarnej GPS.

Źródło: NobelPrize

Polecamy artykuły:
Przegląd rynku: obudowy PC	5 x SSD i 1 x HDD - praktyczne testy dysków	100 porad do Windows 7