Polacy: Grafen dla każdego

Odkryty w 2004 roku grafen wciąż pozostaje substancją drogą i trudną do wyprodukowania. Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN oraz Institut de Recherche Interdisciplinaire w Li

lle opracowali tanią metodę wytwarzania wielowarstwowych pokryć grafenowych. Nowy s

posób nie wymaga użycia specjalistycznej aparatury i może zostać zrealizowany w praktycznie każdym laboratorium.

Skąd taki szum wokół grafenu? Grafen jest niemal całkowicie przezroczysty, ponad stukrotnie wytrzymalszy od stali i bardzo elastyczny. Jednocześnie wykazuje świetne przewodnictwo cieplne i elektryczne, jest więc dobrym materiałem do zastosowań w elektronice, np. do wytwarzania cienkich, elastycznych i wytrzymałych wyświetlaczy lub szybkich układów przetwarzających. Nadaje się też do różnego typu biosensorów.

To niezwykłe tworzywo o wciąż rosnącej gamie zastosowań uzyskano po raz pierwszy, zdzierając warstwy węgla z grafitu za pomocą zwykłej taśmy klejącej. Ale to nie jest idealna metoda produkcji, choć brytyjskim badaczom przyniosła po kilku latach Nagrodę Nobla.

- Jeśli chcemy myśleć o przemysłowych zastosowaniach grafenu, musimy znaleźć lepiej kontrolowane sposoby wytwarzania go w dużych ilościach - i to bez konieczności używania drogiej, specjalistycznej aparatury - mówi doktorantka Izabela Kamińska z Instytutu Chemii Fizycznej PAN, stypendystka Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu Międzynarodowe Projekty Doktoranckie. Kamińska przeprowadzała swoje doświadczenia we Francji.

Dotychczasowe metody wytwarzania grafenu wymagają drogiego, specjalistycznego sprzętu i złożonych procedur produkcji. Tymczasem jedyną nieco bardziej złożoną aparaturą, używaną w metodzie wytwarzania pokryć grafenowych z IChF PAN i IRI, jest płuczka ultradźwiękowa, sprzęt dość powszechny w laboratoriach.

Nowy proces wytwarzania warstw grafenowych zaczyna się od grafitu, który na poziomie molekularnym przypomina kanapkę z wielu płaszczyzn grafenowych. Takie atomowe płachty te są trudne do rozłączenia. Aby osłabić oddziaływania między nimi, grafit należy utlenić, a tlenek grafitu jest następnie wsypywany do wody i umieszczany w płuczce ultradźwiękowej. Dzięki ultradźwiękom poszczególne, utlenione płaszczyzny grafenowe się rozdzielają. Efektem jest roztwór zawierający pojedyncze płatki tlenku grafenu średnicy ok. 300 nanometrów.

Przy okazji badań nad usuwaniem tlenu z takich płatków, Polacy wpadli też na trop nowych metod wykrywania substancji biologicznych z wykorzystaniem tego półproduktu.

Teraz dopracowują swoją metodę, ale już wylądowała ona na okładce prestiżowego magazynu "Chemical Communications".

Przez kilka pierwszych lat po odkryciu grafen był najdroższym materiałem na Ziemi. Dzięki badaniom między innymi kilku polskich zespołów cena tego wartościowego surowca spada. / fot. Gabriel Hildebrand / Muzeum Noblowskie / CC