Aptiktas pieštuko dėmėse, ar grafenas gali būti nauja super medžiaga, keičianti dviračių pramonę?
Iš esmės grafenas yra paprasta medžiaga. Tai vienas 0,3 nanometro storio anglies atomų sluoksnis – milijoną kartų plonesnis nei šio žurnalo popierius. Tačiau jis yra 150 kartų stipresnis už plieną ir 20% elastingesnis. Jis praleidžia elektrą geriau nei varis ar auksas – milijono metrų per sekundę greičiu. Greitai išskiria šilumą. Jis skaidrus ir visiškai nepralaidus, o XXI amžiuje turėtų turėti tokį patį poveikį kaip anglies pluoštas XX amžiuje ir plienas XIX amžiuje. Nenuostabu, kad du Mančesterio universiteto medžiagų mokslininkai, atradę jį 2003 m., Andre Geim ir Konstantinas Novoselovas, greitai gavo Nobelio premiją ir riterių titulus. Bet ką tai turi bendro su dviračiais?
Ankstyvieji Grafeno naudotojai
Pirmieji dviračių produktai, kurių sudėtyje yra grafeno, pradeda pasirodyti rinkoje. Vittoria naudoja grafeną savo naujausiuose anglies Korano ratlankiuose (žr. p20), o Catlike taip pat naudoja jį savo aukščiausios klasės Mixino šalme. Individualizuotų anglies rėmų kūrėjas Richardas Craddockas iš Craddock Cycles sako: „Šiuo metu grafenas kelia daug įspūdžių, tačiau tai tik pirmieji bandymai. Kaip ir kiekvienos naujos medžiagos, visas jos potencialas dar nėra žinomas, tačiau greičiausiai didžiausia nauda yra ne kaip anglies pakaitalas, o kaip patobulinimas. Naudočiau, kai pasitvirtins.’
Paul Wiper, Mančesterio universiteto Nacionalinio grafeno instituto mokslinis bendradarbis, sako: „Grafenas gali pagerinti mechanines kompozito savybes, nes gali pasidalyti įtempimu, kai pridedamas prie epoksidinės dervos matricos ir padaryti ją standesnę. Tačiau jūs turite rasti tinkamą pusiausvyrą. Daug grafeno, tarkime, 10 ar 20 % matricos, padarys jį tikrai standų, bet taip pat trapus.'
Jo kolegos šiuo metu tobulina grafeno naudojimą kosmoso kompoziciniuose rėmuose, o Ispanijos automobilių gamintojas Spania jau įtraukė jį į savo GTA superautomobilių važiuoklę. Taigi ar dviračių rėmai gali būti šalia? „Nėra jokios priežasties, kodėl jis negalėtų būti naudojamas dviračių rėmuose, ir esu tikras, kad kažkas su jais jau dirba“, – prognozuoja „Wiper“. Vittoria taip tiki grafenu, pinigus deda ten, kur burna. „Prieš penkerius metus atsitiktinai vakarieniavau su „Directa Plus“, vienos pirmųjų grafeno gamyklų Europoje, įkūrėju, ir man kilo mintis naudoti grafeną mūsų gaminiuose“, – sako Vittoria prezidentas Rudie Campagne. „Tada nusprendėme į juos investuoti, kad būtume pažangiausioje srityje.“
Vittoria teigia, kad naujuose „Qurano“anglies ratuose naudojant grafeną, jis padidino stipinų skylių stiprumą ir ratlankio šoninį standumą iki 30%. Tačiau svarbiausia, Campagne entuziastingai sako: „Pagerėjęs grafeno šilumos išsklaidymo būdas sumažina susikaupusią ratlankio temperatūrą [stabdant] ir išlaiko ją gerokai žemiau slenksčio, kai anglies pluoštas pradėtų irti.'
Grafeno įdėjimas į anglį nėra taip paprasta, kaip pridėti cukraus į kavą. „Directa Plus“tiekia grafeną į Vittoria kaip „nano trombocitus“, kurių storis yra vos nuo trijų iki septynių atomų. „Didysis iššūkis buvo pasiekti beveik tobulą grafeno dispersiją pagrindinėje epoksidinės dervos partijoje, skirtoje prepreg anglies lakštams“, – sako Campagne.
Įkvėpimo gabalėlis
„Žmonės dešimtmečius spėliojo, kad grafenas egzistuoja anglies medžiagų, tokių kaip grafitas, anglis ir deimantas, alotropuose, tačiau niekas nežinojo, kaip jį sukurti kaip vieną dvimatį sluoksnį“, – sako Wiper. Įkvėptą akimirką Geimas ir Novoselovas pradėjo nuo kristalinio grafito dėmės – iš esmės pieštuko žymės – sudarytos iš kelių sukrautų grafeno sluoksnių, o lipnia juostele jie pašalino dalį grafito. Būdami smalsūs, jie tai darė vėl ir vėl, kol galiausiai išskyrė vieną sluoksnį – gryną grafeną. Tada jie tai išbandė.
„Paprastai kai medžiagas ploninate ir ploninate, jų savybės blogėja“, – sako pats Geimas. „Tačiau naudojant grafeną viskas tik pagerėjo.“
Laboratorijos visame pasaulyje dabar gamina grafeną įvairiais būdais, skirtingo grynumo, skirtingų mėginių dydžių ir partijų kiekių. Pavyzdžiui, „Catlike“teigia, kad naudoja nano pluoštus, kad išlaikytų savo „Mixino“šalmų tvirtumą, kuris dabar yra 10 g lengvesnis nei ankstesni modeliai. Kiti jį naudoja nanojuostelių pavidalu, o „Samsung“ir „Sony“teigia išradę ištisinių lakštų gamybos būdus. Tačiau galbūt stebina tai, kad jis nėra per brangus. Galite nusipirkti kilogramą nano trombocitų už mažiau nei 150 svarų sterlingų. Kai kuriama daugiau medžiagos versijų, neabejotina, kad žodžio „grafenas“vartojimas rinkodaros medžiagoje sukels painiavą vartotojams. Bus sudėtinga išsiaiškinti, ar gaminyje, kuriame teigiama, kad jis yra „patobulintas grafenu“, tikrai yra submikroskopinės medžiagos, ar jis duoda ką nors gero. Tai spraga, kuria nesąžiningi žmonės gali pasinaudoti.
„Laboratorija galėtų išbandyti medžiagą, kad sužinotų, ar ji veikia taip, kaip teigiama, bet jūs turite atlikti cheminį testą, kad įsitikintumėte, jog yra grafeno“, – sako Wiper. Kadangi grafeno yra daugumoje anglies formų, net anglies dulkėse, tai gali būti „Trades Description Act“pragaras. Tačiau tinkamose rankose jos pažadas dviračių pramonei yra didžiulis. Galimas grafeno panaudojimas apima korozijos prevenciją ant atvirų dalių, tokių kaip ratlankiai, žvaigždutės ir stipinai, arba, jei yra įterpti į anglies komponentus, grafeno nanopluoštai gali praleisti elektrą ar net perduoti duomenis. Tai sumažintų elektroninių pavarų perjungimo ir dviračių kompiuterių kabelių skaičių. Arba jis galėtų sudaryti deformacijos matuoklius anglies stebulėse, alkūnėse, pedaluose, žvaigždutėse ar batų paduose, kur jo nanopluoštai sumažintų sudėtingumą ir galbūt sumažintų galios skaitiklių kainą.
Nano deimantai jau buvo padengti grafenu, kad būtų sukurti super tepalai, kurie galėtų pašalinti beveik visą guolių trintį, o ypač ryškūs, grafenu patobulinti šviesos diodai žadama jau kitais metais. Grafeno superkondensatorius potencialiai gali sukaupti daugiau energijos nei bet kurios esamos baterijos, todėl taip pat būtų įmanomi žymiai lengvesni elektroniniai perjungimo komponentai. Be to, taip pat vyksta grafeno elektrodų įterpimo į polipropileno pluoštus bandymai, todėl yra net galimybė ateityje juos įtraukti į drabužių drabužius. Šiuo metu tai hipotetiška, tačiau gali būti momentas, kai jūsų megztinis ir šortai taps protingi, jausdami jūsų širdies ritmą, kraujospūdį, temperatūrą, prakaitavimo dažnį ir net atskirų raumenų veiklą. Tikrai atrodo, kad jo naudojimas ir nauda turi nedaug ribų.
„Grafenas yra akivaizdžiai toks naujas, kad jo pritaikymas tik pradedamas tirti“, – sako Campagne. „Prireiks daugelio metų esminių ir taikomųjų tyrimų, kad būtų galima rasti naujų puikių esamų produktų patobulinimų arba naujų pritaikymų ir patobulinimų. Kelionė dar tik prasideda.’
