Ανακαλύφθηκε σε μια μουντζούρα μολυβιού, θα μπορούσε το γραφένιο να είναι το νέο σούπερ υλικό που μεταμορφώνει τη βιομηχανία ποδηλάτων;
Από την όψη του, το γραφένιο είναι ένα απλό υλικό. Είναι ένα μόνο στρώμα ατόμων άνθρακα πάχους 0,3 νανόμετρων – ένα εκατομμύριο φορές πιο λεπτό από το χαρτί αυτού του περιοδικού. Ωστόσο, είναι 150 φορές ισχυρότερο από το ατσάλι και 20% πιο ελαστικό. Αγώγει τον ηλεκτρισμό καλύτερα από τον χαλκό ή τον χρυσό, με ταχύτητα ενός εκατομμυρίου μέτρων το δευτερόλεπτο. Ρίχνει γρήγορα θερμότητα. Είναι διαφανές καθώς και εντελώς αδιαπέραστο και θα πρέπει να έχει τον ίδιο αντίκτυπο στον 21ο αιώνα που είχαν οι ίνες άνθρακα τον 20ο και ο χάλυβας τον 19ο. Δεν είναι περίεργο που οι δύο επιστήμονες υλικών στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ που το ανακάλυψαν το 2003, ο Αντρέ Γκέιμ και ο Κονσταντίν Νοβοσέλοφ, κέρδισαν γρήγορα το βραβείο Νόμπελ και τους ιππότες. Αλλά τι σχέση έχει αυτό με τα ποδήλατα;
Οι πρώτοι υιοθέτες του Graphene
Τα πρώτα προϊόντα ποδηλασίας που περιέχουν γραφένιο αρχίζουν να κυκλοφορούν στην αγορά. Η Vittoria χρησιμοποιεί γραφένιο στις πιο πρόσφατες ζάντες από άνθρακα Qurano (βλ. p20) και η Catlike επίσης το χρησιμοποιεί στο κορυφαίο κράνος Mixino της. Ο κατασκευαστής προσαρμοσμένων πλαισίων άνθρακα Richard Craddock της Craddock Cycles λέει, «Υπάρχει πολύς ενθουσιασμός για το γραφένιο αυτή τη στιγμή, αλλά αυτές είναι μόνο οι πρώτες επιδρομές. Όπως κάθε νέο υλικό, το πλήρες δυναμικό του δεν είναι ακόμη γνωστό, αλλά το πιο πιθανό είναι ότι το μέγιστο όφελος δεν είναι ως υποκατάστατο του άνθρακα αλλά ως βελτίωση. Θα το χρησιμοποιούσα όταν αποδειχτεί.»
Ο Paul Wiper, ερευνητής στο Εθνικό Ινστιτούτο Γραφενίου στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, λέει: «Το γραφένιο μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές ιδιότητες ενός σύνθετου υλικού, καθώς μπορεί να μοιραστεί την καταπόνηση όταν προστεθεί στη μήτρα εποξειδικής ρητίνης και να το κάνει πιο άκαμπτο. Πρέπει να έχετε την ισορροπία, όμως. Πολύ γραφένιο, ας πούμε το 10 ή 20% της μήτρας, θα το έκανε πραγματικά άκαμπτο, αλλά θα ήταν επίσης εύθραυστο.'
Οι συνάδελφοί του τελειοποιούν αυτήν τη στιγμή τη χρήση του γραφενίου σε σύνθετα πλαίσια για την αεροδιαστημική και η ισπανική αυτοκινητοβιομηχανία Spania το περιλαμβάνει ήδη στο σασί υπεραυτοκίνητων GTA. Θα μπορούσαν, λοιπόν, οι σκελετοί ποδηλάτων να είναι επόμενοι; «Δεν υπάρχει κανένας λόγος για τον οποίο δεν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε κουφώματα ποδηλάτων και είμαι σίγουρος ότι κάποιος εργάζεται ήδη πάνω τους», προβλέπει ο Wiper. Η Vittoria έχει τέτοια πίστη στο γραφένιο, που βάζει τα χρήματά της εκεί που είναι. «Έτυχε να δειπνήσω πριν από πέντε χρόνια με τον ιδρυτή της Directa Plus, ενός από τα πρώτα εργοστάσια γραφενίου στην Ευρώπη, και μου ήρθε η ιδέα να χρησιμοποιήσω γραφένιο στα προϊόντα μας», λέει ο πρόεδρος της Vittoria, Rudie Campagne. «Τότε αποφασίσαμε να επενδύσουμε σε αυτά, για να είμαστε στην αιχμή.»
Η Vittoria ισχυρίζεται ότι χρησιμοποιώντας γραφένιο στους νέους τροχούς άνθρακα Qurano έχει αυξήσει την αντοχή στην οπή της ακτίνας και την πλευρική ακαμψία της στεφάνης έως και 30%. Αλλά πάνω από όλα, ο Campagne ενθουσιάζει: «Η βελτιωμένη διάχυση θερμότητας του γραφενίου μειώνει τη συσσωρευμένη θερμοκρασία του χείλους [κάτω από το φρενάρισμα], διατηρώντας το πολύ κάτω από το όριο όπου οι ίνες άνθρακα θα άρχιζαν να αποσυντίθενται.'
Η προσθήκη γραφενίου στον άνθρακα δεν είναι τόσο απλή όσο η προσθήκη ζάχαρης στον καφέ σας. Η Directa Plus προμηθεύει γραφένιο στη Vittoria ως «νανο-αιμοπετάλια», τα οποία έχουν πάχος μόλις τρία έως επτά άτομα. «Η μεγάλη πρόκληση ήταν να επιτευχθεί μια σχεδόν τέλεια διασπορά γραφενίου στην κύρια παρτίδα εποξειδικής ρητίνης για τα προεμποτισμένα φύλλα άνθρακα», λέει η Campagne.
Φέτα έμπνευσης
«Οι άνθρωποι είχαν εικάσει για δεκαετίες ότι το γραφένιο υπήρχε μέσα σε αλλοτροπικά υλικά άνθρακα όπως ο γραφίτης, ο άνθρακας και το διαμάντι, αλλά κανείς δεν ήξερε πώς να το φτιάξει ως ένα ενιαίο δισδιάστατο στρώμα», λέει ο Wiper. Σε μια εμπνευσμένη στιγμή, ο Geim και ο Novoselov ξεκίνησαν με μια μουντζούρα κρυσταλλικού γραφίτη - ουσιαστικά ένα σημάδι από μολύβι - που αποτελείται από πολλαπλά, στοιβαγμένα στρώματα γραφενίου και χρησιμοποιώντας κολλητική ταινία αφαίρεσαν μέρος του γραφίτη. Όντας περίεργοι, το έκαναν ξανά και ξανά, μέχρι που τελικά απομόνωσαν ένα μόνο στρώμα - καθαρό γραφένιο. Μετά το δοκίμασαν.
«Συνήθως όταν κάνετε τα υλικά όλο και πιο λεπτά, οι ιδιότητές τους επιδεινώνονται», λέει ο ίδιος ο Geim. «Αλλά με το γραφένιο διαπιστώσαμε ότι τα πράγματα έγιναν μόνο καλύτερα.»
Εργαστήρια σε όλο τον κόσμο κατασκευάζουν πλέον γραφένιο με πολλούς τρόπους, με διαφορετικές καθαρότητες, διαφορετικά μεγέθη δειγμάτων και ποσότητες παρτίδων. Για παράδειγμα, η Catlike λέει ότι χρησιμοποιεί νανο-ίνες για να διατηρήσει τη δύναμη των κρανών της Mixino, τα οποία είναι τώρα 10 γραμμάρια ελαφρύτερα από τα προηγούμενα μοντέλα. Άλλοι το χρησιμοποιούν με τη μορφή νανο-κορδέλες και η Samsung και η Sony ισχυρίζονται ότι έχουν εφεύρει τρόπους για να φτιάχνουν συνεχόμενα φύλλα. Αυτό που ίσως προκαλεί έκπληξη, ωστόσο, είναι ότι δεν είναι υπερβολικά ακριβό. Μπορείτε να αγοράσετε ένα κιλό νανοαιμοπεταλίων για λιγότερο από 150 £. Καθώς δημιουργούνται περισσότερες εκδόσεις του υλικού, είναι βέβαιο ότι η χρήση της λέξης «γραφένιο» στο υλικό μάρκετινγκ θα δημιουργήσει σύγχυση στους καταναλωτές. Θα είναι δύσκολο να εξακριβωθεί εάν ένα προϊόν που ισχυρίζεται ότι είναι «ενισχυμένο με γραφένιο» περιέχει πραγματικά το υπομικροσκοπικό υλικό ή αν κάνει κάτι καλό. Είναι ένα κενό που θα μπορούσαν να εκμεταλλευτούν οι αδίστακτοι.
«Ένα εργαστήριο θα μπορούσε να δοκιμάσει το υλικό για να δει εάν λειτουργεί όπως ισχυρίζεται, αλλά θα πρέπει να κάνετε μια χημική δοκιμή για να βεβαιωθείτε ότι υπάρχει γραφένιο», λέει ο Wiper. Και καθώς το γραφένιο υπάρχει στις περισσότερες μορφές άνθρακα, ακόμη και στη σκόνη άνθρακα, θα μπορούσε να είναι κόλαση του νόμου για την περιγραφή του εμπορίου. Αλλά στα σωστά χέρια, η υπόσχεσή του για τον κλάδο της ποδηλασίας είναι τεράστια. Οι πιθανές χρήσεις του γραφενίου περιλαμβάνουν την πρόληψη της διάβρωσης σε εκτεθειμένα μέρη, όπως ζάντες, δακτυλίους αλυσίδων και ακτίνες, ή, εάν είναι ενσωματωμένες σε εξαρτήματα άνθρακα, οι νανο-ίνες γραφενίου θα μπορούσαν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό ή ακόμη και να μεταφέρουν δεδομένα. Αυτό θα μείωνε την καλωδίωση για ηλεκτρονικούς υπολογιστές αλλαγής ταχυτήτων και ποδηλάτων. Εναλλακτικά, θα μπορούσε να σχηματίσει μετρητές καταπόνησης σε πλήμνες άνθρακα, στρόφαλους, πεντάλ, κρίκους αλυσίδων ή σόλες παπουτσιών, όπου οι νανοίνες του θα μείωναν την πολυπλοκότητα και θα μείωναν ενδεχομένως την τιμή των μετρητών ισχύος.
Τα νανοδιαμάντια έχουν ήδη επικαλυφθεί με γραφένιο για να δημιουργηθούν υπερ-λιπαντικά, τα οποία θα μπορούσαν να εξαλείψουν σχεδόν όλες τις τριβές από τα ρουλεμάν, και υπόσχονται εξαιρετικά φωτεινά LED ενισχυμένα με γραφένιο το επόμενο έτος. Ένας υπερπυκνωτής γραφενίου μπορεί δυνητικά να αποθηκεύσει περισσότερη ενέργεια από οποιεσδήποτε υπάρχουσες μπαταρίες, επομένως θα καταστούν δυνατά και σημαντικά ελαφρύτερα ηλεκτρονικά εξαρτήματα μετατόπισης. Επιπλέον, δοκιμές για την ενσωμάτωση ηλεκτροδίων γραφενίου σε ίνες πολυπροπυλενίου βρίσκονται επίσης σε εξέλιξη, οπότε υπάρχει ακόμη και κάποια πιθανότητα μελλοντικής συμπερίληψης σε ενδύματα. Είναι υποθετικό σε αυτό το στάδιο, αλλά μπορεί να υπάρξει μια χρονική στιγμή που η φανέλα και το σορτς σας γίνονται έξυπνα, ανιχνεύοντας τον καρδιακό σας ρυθμό, την αρτηριακή πίεση, τη θερμοκρασία, τον ρυθμό εφίδρωσης και ακόμη και τη δραστηριότητα μεμονωμένων μυών. Πραγματικά φαίνεται ότι οι χρήσεις και τα οφέλη του έχουν λίγα όρια.
«Το γραφένιο είναι προφανώς τόσο νέο που οι εφαρμογές του μόλις αρχίζουν να μελετώνται», λέει ο Campagne. «Θα χρειαστούν πολλά χρόνια θεμελιωδών και εφαρμοσμένων μελετών για να καταλήξουμε σε μεγάλες νέες βελτιώσεις σε υπάρχοντα προϊόντα ή νέες εφαρμογές και βελτιώσεις. Το ταξίδι μόλις αρχίζει.'
