Grafen, czyli tzw. materiał idealny, ma swoją piętę achillesową. Jak donoszą amerykańscy naukowcy materiał, który uważany jest za bardziej wytrzymały od stali, ma swoje drugie – kruche – oblicze. Czy materiał, który miał być nadzieją polskich naukowców, nie spełni oczekiwań rynku?

Grafen

Zespół naukowców pracujących na teksańskim Uniwersytecie Rice, a także w Instytucie Technologii w stanie Georgia zbadał, jak zmienia się struktura niewielkich fragmentów dwuwarstwowego grafenu (grafen zbudowany jest z jednej warstwy, jednak na potrzeby badania stworzono dwie warstwy ułożone jedna na drugiej), kiedy pojawią się w nim niewielkie pęknięcia.

Żeby stworzyć szczeliny między atomami, eksperci skierowali na grafen wiązkę jonów. Po wielu obserwacjach okazało się, że na pozór niewielkie pęknięcia prowadzą do rozpadu materiału, który przez wielu naukowców uważany jest za doskonały ze względu na łatwość przeobrażania grafenu z przewodnika w izolator, a także ze względu na jego ogromną elastyczność i wytrzymałość.

– Grafen to materiał bardzo wrażliwy na pęknięcia. Stal jest bardziej odporna na rozszerzanie złamań. Grafen bardziej przypomina szkło okienne – powiedział Ting Zhu, profesor inżynierii mechanicznej z Instytutu Technologii w Georgii, jeden z uczestników badania.

Bardziej ceramika niż stal

Miarą odporności danego materiału jest zarówno jego wytrzymałość na rozciąganie, jak i liczba pęknięć, które może on posiadać przed tym, zanim się rozpadnie. Metale na przykład są ciągliwe – trzeba wiele razy wykręcać łyżkę, żeby ja złamać. Z kolei kawałek szkła jest odporny na skręcanie, ale szybko się rozpadnie, jeśli powstało w nim pęknięcie.

Prof. Ting Zhu, wraz z zespołem naukowców, odkrył, że pęknięcia, które powstają w grafenie prowadzą do tego, że jest on 10 razy bardziej podatny na zniszczenia niż stal.

– Pod względem wytrzymałości jest mu tak naprawdę bliżej do przedmiotów ceramicznych niż do stali – zaznaczył naukowiec.

Pęknięcia istnieją już od początku

Co to oznacza? Eksperci wyjaśnili, że nawet niewielkie szczeliny, które znajdą się w strukturze grafenu osłabią go. Ważne jest również, by uświadomić sobie, że małe pęknięcia to naturalna konsekwencja tworzenia się grafenu.

Jak zaznaczają eksperci, wyniki ich badań mogą dotyczyć również innych materiałów, które mają podobną konstrukcję – np. disiarczku molibdenu czy azotku boru.

Przebieg badania i szczegółowy opis wyników został opublikowany na łamach czasopisma „Nature Communications”.

Po raz pierwszy wyprodukowany w Polsce

Historia grafenu w pewien sposób związana jest również z polskimi naukowcami. Pod koniec 2013 roku w Polsce – jako jedynym kraju na świecie – na skalę przemysłową udało się wyprodukować ten materiał.

Zespół naukowców pod kierownictwem dr. Włodzimierza Strupińskiego opracował i opatentował technologię pozwalającą na produkcję taniego grafenu i otrzymywanie materiału o najwyższej jakości.

Jego wykorzystanie obejmuje praktycznie wszystkie dziedziny życia, bowiem jest to materiał bardzo wytrzymały, a jednocześnie elastyczny i rozciągliwy, ma właściwości bakteriobójcze i bardzo dobrze przewodzi prąd. Eksperci chcą wykorzystać go m.in. w elektronice, w inżynierii i w medycynie.

Polecane: