Grafen má výjimečné vlastnosti, které by se daly využít napříč různými segmenty, od ultrapevných materiálů přes čipy, baterie až po solární články. Problémem je vysoká výrobní cena.
Grafen coby unikátní forma rozšířeného uhlíku, se v přírodě běžně nevyskytuje. Tato jednovrstvá forma atomů uhlíku má ale výjimečné vlastnosti, které by posunuly možnosti strojů, materiálů, displejů, čipů nebo třeba solárních článků a baterií na zcela novou úroveň.
Grafen je 200x pevnější než železo, zároveň je lehčí, tvrdší a recyklovatelný. Pyšní se výbornou vodivostí, pohyblivost elektronů v grafenu je 200 000 cm2/V2, zatímco u křemíku je to pouze 1 400 cm2/Vs.
Výroba grafenu je ale i přes pokroky stále příliš drahá pro reálné použití – stojí přibližně 100 000 dolarů za metr čtvereční a vytvořený grafen má i přes to řadu defektů.
Honba za tisíckrát nižší cenou
Pro masivní využití grafenu je tak nutné dostat výrobní cenu mnohem níže a o to se snaží i Shou-En Zu , který vyvinul novou metodu. Pomocí nové výrobní technologie by mělo být možné snížit cenu tisíckrát. Z malého plátku s cenou tisíc dolarů na pouhý jeden dolar.
Shou-En Zu alias Mr. Graphene se grafenu věnuje už spoustu let (Zdroj: Delta)
Pokud jste se o grafen dříve zajímali, určitě jste narazili i na jednoduchý systém výroby, kdy pomocí vrstvy z tužky lze s izolepou postupně odtrhávat vrstvy grafitu až k následnému vytvoření jednovrstvého grafenu. Tento proces je sice jednoduchý, ale není efektivní pro levnou a hromadnou výrobu.
Levný umělý grafen
Shou-En Zu jde ale na výrobu grafenu zcela jinou cestou. Používá snadno dostupné látky – zemní plyn a měď. Pomocí nich a chemické depozice z plynné fáze methanu vytvoří milimetrové krystaly grafenu na měděném plátku. Poté už s kombinací vodíku, methanu a argonu pod nízkým tlakem a při teplotě tisíc stupňů celsia dojde k vytvoření perfektního spojení uhlíkových atomů a tvorbě jednovrstvé struktury grafenu.
Ukázka části stroje, kde dochází vytvoření levného syntetického grafenu (Zdroj: Delta)
Celý tento proces trvá kolem hodiny, zatímco jiné techniky výroby grafenu trvají i deset a více hodin. Kvalita vytvořené grafenu je výborná, což Shou-En Zu ukazoval pomocí vlivu magnetického pole na kruhovém pohybu elektronů v grafenu bez jakéhokoli rozptýlení.
Ještě pár let
Cílem vědců je dostat grafen do světa a věcí, které běžně používáme. Optimalizace i této výrobní techniky ale zabere ještě několik let. Na druhou stranu, tisícinásobné snížení výrobní ceny za to určitě stojí a jak to známe z jiných oblastí, i zde bude docházet k velmi rychlému snižování ceny na takovou úroveň, že grafen bude moci být takřka všude, kde bude mít význam.
Dokonalá struktura grafenu změní svět, ale až za pár let
S grafenem je možné vytvořit i vědeckofantastické představy například v podobě vesmírného výtahu, který bude dopravovat materiál a posádku na oběžnou dráhu efektivně, levně, bezpečně a rychle.
V případě čipů se dle teoretických předpokladů budeme moci dostat i na frekvence v oblasti TeraHertzů (THz), tedy tisíckrát vyšší, než u současných čipů (GHz). Efektivní solární články pracující s různou frekvencí světla a rychlonabíjecí baterie s vysokou kapacitou jsou tak jen další oblastí, kterou by mohl revoluční grafen zcela změnit. Musíme si ale zkrátka ještě chvilku počkat.
