Grafen zmieni nasze życie

Grafen jest jak współczesny kamień filozoficzny – podobnie rozbudza nadzieje i wyobraźnię. Tyle że umiemy go produkować. Najlepiej na świecie, i to w Polsce. O znaczeniu grafenu dla ludzi i biznesu mówi dr inż. Włodzimierz Strupiński z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME), twórca technologii produkcji grafenu najwyższej jakości.

Artur Włodarski: Pierwszy raz usłyszał pan o nim…

Dr inż. Włodzimierz Strupiński:
W 2006 r. od fizyków z UW. Wspomnieli, że coś takiego zaczyna się badać. Zainteresowałem się, a po roku zacząłem próbować wytwarzać grafen. Z niezłym skutkiem. Potem była konferencja w Barcelonie. Dostrzeżono mnie w branży, a efektem były liczne propozycje współpracy, także od noblistów. Pamiętam, że w 2007 na konferencjach grafen pojawiał się na jednym-dwóch posterach. A teraz? Co roku jest przynajmniej 15 konferencji grafenowych. Za chwilę do Bilbao zjedzie 600 naukowców ze swoimi doniesieniami. Zainteresowanie wzrasta lawinowo. Dzień w dzień pojawia się średnio 15 publikacji naukowych o grafenie.

Choć jego historia nie liczy nawet dekady.

– Andrej Geim i Konstantin Nowosiołow odkryli go i zbadali w 2004 r. Co ciekawe, gdy chcieli opublikować wyniki w „Nature”, pismo odrzuciło artykuł. To samo było sześć lat później. Notabene na kilka dni przed tym, gdy obu tych naukowców nagrodzono Noblem. Na szczęście inny magazyn – „Science” – wykazał się lepszym wyczuciem.

Czy grafen faktycznie zastąpi krzem?

– Tak się mówi, ale jeśli nawet, to nieprędko. Krzem jeszcze nie pokazał wszystkiego, na co go stać. Ma spore rezerwy. A grafen? Fantastyczną i raczej pewną przyszłość. Głównie z powodu swojej wielofunkcyjności. Ma szereg unikatowych cech, które można znaleźć w innych materiałach, ale osobno. A on je skupia. To pozwoli na kreowanie niespotykanych dotąd rozwiązań.

Która z jego cech jest najcenniejsza?

– Jak dla mnie, te związane z zachowaniem się jego elektronów, które poruszają się w grafenie 200 razy szybciej niż w krzemie. Umożliwi to stworzenie przełomowych urządzeń elektronowych. Dotąd, by tranzystor działał szybciej, trzeba go było zmniejszyć. Tranzystory grafenowe będą szybsze z definicji.

Jak wygląda grafen?

– To pojedyncza warstwa atomów węgla tworzących sześciokątne oczka a la plaster miodu. Jest płaska – ma tylko dwa wymiary. Wydawało się, że czegoś takiego nie da się otrzymać. Że już w momencie powstania zacznie fałdować się lub zwijać w fuleren lub nanorurkę. Czyli przybędzie jej trzeci wymiar.

Geim i Nowosiołow dowiedli, że się da.

– Przyklejali taśmę Scotch do bryłki grafitu, odrywali cząstki grafitu, potem przyklejali inną taśmę do tej taśmy, odrywali itd. Aż doszli do cieniutkiego płatka niewidocznego gołym okiem.

Rozumiem, że dziś produkcję grafenu nieco usprawniono.

– Tak, choć wiele tu jeszcze do zrobienia. Generalnie otrzymuje się go w dwóch postaciach: pojedynczych warstw na podłożu np. z folii miedzianej, co m.in. zainteresowało KGHM, i proszku powstałego z grafitu. Warstwy są cenniejsze niż proszek. Ten drugi, choć łatwiejszy w produkcji, też nie jest tani. Za gram dobrego proszku grafenowego trzeba dać nawet 100 dolarów. Na świecie jest kilkunastu dużych producentów grafenu. Dużych, czyli produkujących od 500 kg/rok wzwyż. Największy w Polsce? Teraz ITME, a niebawem Zakłady Azotowe „Tarnów”. Obecne zapotrzebowanie na grafen ocenia się na mniej więcej 500 ton. W 2017 r. ma dojść do 1000, a trzy lata później zbliżyć się do 3000 ton.

Właśnie, w zeszłym tygodniu w ten biznes wszedł KGHM – miedziowy gigant objął połowę udziałów w spółce Nano Carbon, która już za rok ma sprzedawać polski grafen. Czy aby nie przeceniamy tego materiału? O nadprzewodnikach też kiedyś było głośno i niewiele z tego wynikło.

– Tylu naukowców i koncernów nie może się mylić. Tu ryzyko jest o wiele mniejsze niż w nadprzewodnikach. Rok temu ruszył np. Europen Graphen Flagship – 10-letni projekt badawczy, skupiający 126 ośrodków naukowych z 17 państw i wsparty półmiliardowym budżetem. Ponad 1000 osób będzie pracowało nad zastosowaniem grafenu. Także my, czyli ITME. Ponieważ potrafimy go wytwarzać na najwyższym światowym poziomie, zostaliśmy zaproszeni do tego projektu. Jako jedyni z Polski.

Gdzie grafenowy biznes kręci się najszybciej?

– W Stanach – produkcja. Jeśli chodzi o patenty – Chiny; mają ich ponad 2000. A wdrożenia – Korea. Tu bezapelacyjnym liderem jest Samsung – najwięcej wydaje na aplikacje, ściąga specjalistów z całego świata, zgłasza dużo patentów, wiele kupuje.

Prócz tego w grafen weszli: BASF, Boeing, Dupont, Fujitsu, General Electric, IBM, Intel, LG Electronics, Lockheed Martin, Nissan, Nokia, Siemens, Solvay, a nawet NASA i US Army. A w Polsce, oprócz zakładów w Tarnowie, Agencja Rozwoju Przemysłu, firma Seco/Warwick ze Świebodzina budująca duże piece do obróbki cieplnej metali, no i właśnie KGHM TFI.

Mamy 2020 rok: wchodzę do domu czy samochodu i widzę grafen…

– Wszędzie. Może mieć mnóstwo zastosowań, nawet po kilka w jednym urządzeniu. Np. z zewnątrz lekka obudowa z kompozytu, a wewnątrz układ elektroniczny z ultraszybkim grafenowym tranzystorem, ultraczułym detektorem wykrywającym pojedyncze atomy czy cząsteczki itp. Lada chwila Samsung wprowadzi dużo doskonalsze i wytrzymalsze ekrany dotykowe, gdzie grafen zastąpi ITO, czyli tlenek cynowo-indowy. To istotne, bo ind jest toksyczny, a jego zasoby ograniczone.

Już pojawiał się grafenowy atrament, który pozwoli drukować przewodzące materiały, elastyczne, trwałe, odporne i tanie. A to zwiastuje erę tzw. elastycznej elektroniki drukowanej na polimerach czy innych giętkich podłożach przybierających dowolne kształty. Proszę sobie wyobrazić, że zwija pan tablet czy laptop w rulonik i wkłada do kieszeni – to jest przyszłość.

Oby wcześniej grafen pozwolił usprawnić akumulatory i baterie, które starczą na krótko, za to długo się ładują. Mamy XXI wiek, a wciąż nie umiemy magazynować energii elektrycznej, choć żyjemy w świecie baterii.

– To się może zmienić. Radykalnie. Jednym z celów programu Graphen Flagship jest opracowanie superkondensatora o dużej pojemności, który bardzo szybko by się ładował, a bardzo powoli rozładowywał. Myślę, że sytuacja samochodów elektrycznych byłaby dziś inna, gdyby ładowały się nie 6-10 godzin, tylko 30 sekund. W podobny sposób grafen może odmienić stosowane np. w komórkach baterie litowo-jonowe. No i spopularyzować ogniwa wodorowe, w których byłby nośnikiem wodoru, a nad którymi ślęczy np. Nissan.

Poza tym grafen, choć nieprzepuszczalny dla gazów, może być przepuszczalny dla wody. Parę dni temu Locheed-Martin ogłosił, że będzie produkował grafenowe filtry. Jeśli uda się je wykorzystać do odsalania morskiej wody.

Grafen jak święty Graal?

– Jest świetnym przewodnikiem prądu, najlepszym znanym przewodnikiem ciepła, a do tego niewidoczny, lekki i 50 razy wytrzymalszy od stali. Nie sposób przeszacować jego możliwych zastosowań. Nie wiadomo, co jeszcze szykują koncerny. Traktują grafen jak materiał strategiczny i pracują nad nim w tajemnicy. Samych zgłoszeń patentowych jest już kilka tysięcy. Wystarczy, że tylko część pomysłów wypali. A i tak odmienią naszą codzienność.

źródło: Gazeta Wyborcza

Skontaktuj się z nami

TEAM CONNECT Sp. z o.o.

ul. Wołodyjowskiego 58, 02-724 Warszawa

+48 22 89 00 100

sales@teamconnect.pl

Next