Staš Zgonik

7. 10. 2010  |  Mladina 40  |  Družba

Grafen - material prihodnosti

Kako je košček lepilnega traku tlakoval pot do Nobelove nagrade za fiziko

Letošnja Nobelova nagrajenca za fiziko, Andre Geim in Konstantin Novoselov, ruska znanstvenika z univerze v Manchestru, sta si nagrado zaslužila za delo z grafenom, dvodimenzionalnim materialom iz ogljikovih atomov, ki je debel le eno atomsko plast. Grafen po mnenju mnogih obeta revolucijo v elektronski industriji in izdelavi lahkih materialov in je pravzaprav osnova za vse nanotehnološke aplikacije ogljika, kot so na primer ogljikove kroglice in nanocevke. Če je grafen list papirja, je ogljikova nanocevka list papirja, zvit v tulec. Kljub temu pa je znanstvenikom uspelo ogljikove kroglice in nanocevke sintetizirati precej prej, kot jim je to uspelo z grafenom. Ta je več desetletij veljal za »akademsko« snov, koristno za opisovanje lastnosti materialov na osnovi ogljika, nihče pa si ni mislil, da je plast povezanih ogljikovih atomov, debela en atom (najtanjši material, kar jih obstaja), dovolj stabilna, da bi dejansko lahko obstajala samostojno. Dokler se nista leta 2004 Geim in Novoselov odločila poigrati s koščkom grafita in z lepilnim trakom. Grafit, ki ga uporabljamo v svinčnikih, je popolno nasprotje druge naravne oblike čistega ogljika, diamanta. Ni prosojen in je zelo lahko drobljiv. Grafit je pravzaprav sestavljen iz več plasti grafena, »zloženih« druga na drugo. V milimeter debeli ploščici grafita je tri milijone plasti grafena, vezi med plastmi pa so precej krhke. Geim in Novoselov sta s koščka grafita z lepilnim trakom luščila plast za plastjo, dokler ni na traku ostala in obstala plast, debela zgolj en atom. V dobi znanstvenofantastične tehnologije si je preprostejšo tehniko težko predstavljati. To tehniko za pridobivanje grafena še danes uporablja večina raziskovalcev, številni pa si seveda prizadevajo za razvoj tehnike, ki bi omogočala množičnejšo proizvodnjo, potrebno za preizkušanje predvidene široke uporabnosti materiala.
Pred tem prebojem so znanstveniki predvidevali, da je grafen nestabilen in neobstojen, raziskave, ki so sledile igranju z lepilnim trakom, pa so ta predvidevanja povsem ovrgle, saj se je izkazal za izjemno trdnega. Poleg tega elektriko prevaja enako dobro kot baker, pri čemer je izjemno pomembno, da elektroni po njem potujejo zelo hitro in brez nepotrebnega odbijanja od napak v strukturi, kar v drugih znanih prevodnikih pogosto povzroči zmanjšano učinkovitost. Je tudi izjemen toplotni prevodnik. Poleg tega je prosojen, hkrati pa vseeno tako gost, da niti atom helija, najmanjši atom plina, ne more prodreti skozenj. Za povrhu je še elastičen - raztegne se za 20 odstotkov. Material s takimi lastnostmi bi prišel prav na številnih področjih. Lahko bi na primer nadomestil karbonska vlakna, ki jih danes uporabljajo v kompozitnih materialih, s čimer bi letala, jadrnice, kolesa ipd. postali še lažji. V času, ko tranzistorji na osnovi silicija v računalniški tehnologiji počasi dosegajo svoje meje, bi lahko nadomestitev z grafenskimi tranzistorji omogočila nadaljnji razvoj vse hitrejših in sposobnejših računalnikov. Z integracijo grafena bi plastika lahko prevajala elektriko. Ker je prosojen in elastičen, hkrati pa zelo trden, bi ga lahko uporabljali za izdelavo izjemno odpornih zaslonov na dotik. Kot je za revijo Physics Today dejal Geim: »Ne bodite presenečeni, če bo vaš naslednji mobilni telefon imel zaslon na dotik in LED-lučko, v katerih bodo elektrode iz grafena.«
Nobelovca Geim in Novoselov pa nista zanimiva samo zaradi svojega pionirskega dela z grafenom, temveč imata tudi vsak svojo dodano vrednost. Šestintridesetletni Novoselov je najmlajši Nobelov nagrajenec za fiziko po letu 1973, 51-letni Geim pa je prvi, ki bo v svoji vitrini hranil Nobelovo in IG Nobelovo nagrado. IG Nobelove nagrade za raziskave, »ki vas najprej spravijo v smeh, nato pa prisilijo k razmišljanju«, podeljuje revija Annals of Improbable Research, postajajo pa vse bolj priljubljene. Med letošnjimi nagrajenci so tako med drugimi znanstveniki, ki so ugotovili, da lahko nošenje brade pomeni grožnjo za javno zdravstvo in da glasno preklinjanje res omili bolečino. Geim je IG Nobelovo nagrado prejel leta 2000 za poskuse lebdenja v magnetnem polju, v sklopu katerih je v magnetnem polju med drugim lebdela tudi žaba.

Pisma bralcev pošljite na naslov pisma@mladina.si. Minimalni pogoj za objavo je podpis z imenom in priimkom ter naslov. Slednji ne bo javno objavljen.