Czy grafen jest kolejnym włóknem węglowym?

Spisu treści:

Czy grafen jest kolejnym włóknem węglowym?
Czy grafen jest kolejnym włóknem węglowym?

Wideo: Czy grafen jest kolejnym włóknem węglowym?

Wideo: Czy grafen jest kolejnym włóknem węglowym?
Wideo: EPOKA GRAFENU - 102 FAKTY 2024, Marsz
Anonim

Czy grafen, odkryty w rozmazanym ołówku, może być nowym supermateriałem, który odmieni przemysł rowerowy?

Na pierwszy rzut oka grafen jest prostym materiałem. To pojedyncza warstwa atomów węgla o grubości 0,3 nanometra – milion razy cieńsza niż papier tego magazynu. Jest jednak 150 razy mocniejszy niż stal i o 20% bardziej elastyczny. Przewodzi elektryczność lepiej niż miedź czy złoto, z prędkością miliona metrów na sekundę. Szybko oddaje ciepło. Jest przezroczysty, a także całkowicie nieprzepuszczalny i powinien mieć taki sam wpływ w XXI wieku, jak włókno węglowe w XX i stal w XIX wieku. Nic dziwnego, że dwaj naukowcy zajmujący się materiałami z Uniwersytetu w Manchesterze, którzy odkryli to w 2003 roku, Andre Geim i Konstantin Novoselov, zostali przyspieszeni do Nagrody Nobla i tytułów szlacheckich. Ale co to ma wspólnego z rowerami?

Pierwsi adepci Grafenu

Pierwsze produkty rowerowe zawierające grafen zaczynają trafiać na rynek. Vittoria używa grafenu w swoich najnowszych obręczach z włókna węglowego Qurano (patrz str. 20), a Catlike również używa go w swoim najlepszym kasku Mixino. Niestandardowy konstruktor ram z włókna węglowego, Richard Craddock z Craddock Cycles, mówi: „Obecnie grafen wzbudza wiele emocji, ale to dopiero pierwsze próby. Jak każdy nowy materiał, jego pełny potencjał nie jest jeszcze znany, ale najprawdopodobniej maksymalna korzyść nie polega na zastąpieniu węgla, ale jako ulepszeniu. Użyję go, gdy zostanie udowodnione.

Paul Wiper, pracownik naukowy w National Graphene Institute na Manchester University, mówi: „Grafen może poprawić właściwości mechaniczne kompozytu, ponieważ może dzielić naprężenia po dodaniu do matrycy z żywicy epoksydowej i usztywniać ją. Musisz jednak zachować równowagę. Dużo grafenu, powiedzmy 10 lub 20% matrycy, sprawiłoby, że byłaby naprawdę sztywna, ale byłaby również krucha.„

Jego koledzy pracują obecnie nad udoskonaleniem wykorzystania grafenu w kompozytowych ramach dla przemysłu lotniczego, a hiszpański producent samochodów Spania umieszcza go już w swoim podwoziu supersamochodu GTA. Czy zatem ramy rowerowe mogą być następne? „Nie ma żadnego powodu, dla którego nie można by go zastosować w ramach rowerowych i jestem pewien, że ktoś już nad nimi pracuje” – przewiduje Wiper. Vittoria tak bardzo wierzy w grafen, że wkłada pieniądze tam, gdzie jest jego usta. „Pięć lat temu zdarzyło mi się zjeść kolację z założycielem Directa Plus, jednej z pierwszych fabryk grafenu w Europie, i wpadłem na pomysł wykorzystania grafenu w naszych produktach” – mówi prezes Vittoria Rudie Campagne. „Wtedy zdecydowaliśmy się w nie zainwestować, aby być w czołówce”.

Vittoria twierdzi, że użycie grafenu w nowych karbonowych kołach Qurano zwiększyło wytrzymałość na szprychy i sztywność boczną obręczy nawet o 30%. Ale przede wszystkim Campagne z entuzjazmem mówi: „Poprawione rozpraszanie ciepła grafenu zmniejsza nagromadzoną temperaturę obręczy [podczas hamowania], utrzymując ją znacznie poniżej progu, w którym włókno węglowe zaczęłoby się rozpadać.„

Dodanie grafenu do węgla nie jest jednak tak proste, jak dodanie cukru do kawy. Directa Plus dostarcza Vittorii grafen w postaci „nanopłytek”, które mają grubość od trzech do siedmiu atomów. „Wielkim wyzwaniem było osiągnięcie niemal idealnej dyspersji grafenu w przedmieszce żywicy epoksydowej do prepregowych arkuszy węglowych” – mówi Campagne.

Kawałek inspiracji

Rower grafenowy
Rower grafenowy

‘Ludzie spekulowali przez dziesięciolecia, że grafen istnieje w alotropach materiałów węglowych, takich jak grafit, węgiel i diament, ale nikt nie wiedział, jak zrobić go jako pojedynczą dwuwymiarową warstwę”, mówi Wiper. W natchnionym momencie Geim i Novoselov zaczęli od smugi grafitu krystalicznego – właściwie śladu ołówka – składającego się z wielu ułożonych warstw grafenu, i za pomocą taśmy klejącej usunęli część grafitu. Z ciekawości robili to raz za razem, aż w końcu wyizolowali pojedynczą warstwę – czysty grafen. Następnie przetestowali to.

„Zazwyczaj, gdy robisz materiały cieńsze i cieńsze, ich właściwości pogarszają się”, mówi sam Geim. „Ale dzięki grafenowi okazało się, że wszystko się poprawiło”.

Laboratoria na całym świecie produkują teraz grafen na wiele sposobów, o różnej czystości, o różnej wielkości próbek i ilościach partii. Na przykład Catlike twierdzi, że używa nanowłókien, aby utrzymać wytrzymałość kasków Mixino, które są teraz o 10 g lżejsze niż poprzednie modele. Inni używają go w postaci nanowstążek, a Samsung i Sony twierdzą, że wynaleźli sposoby na wytwarzanie ciągłych arkuszy. Zaskakujące może być jednak to, że nie jest zbyt drogi. Możesz kupić kilogram nanopłytek za mniej niż 150 funtów. Ponieważ powstaje coraz więcej wersji materiału, jest pewne, że użycie słowa „grafen” w materiałach marketingowych spowoduje zamieszanie wśród konsumentów. Trudno będzie ustalić, czy produkt, który twierdzi, że jest „wzbogacony grafenem”, naprawdę zawiera materiał submikroskopowy, czy też przynosi coś dobrego. To luka, którą może wykorzystać bez skrupułów.

„Laboratorium mogłoby przetestować materiał, aby sprawdzić, czy działa zgodnie z zaleceniami, ale trzeba by przeprowadzić test chemiczny, aby upewnić się, że grafen jest obecny” – mówi Wiper. A ponieważ grafen występuje w większości form węgla, nawet w pyle węglowym, może to być piekło. Ale we właściwych rękach jego obietnica dla branży rowerowej jest ogromna. Potencjalne zastosowania grafenu obejmują zapobieganie korozji odsłoniętych części, takich jak obręcze, tarcze i szprychy, lub, jeśli są osadzone w komponentach węglowych, nanowłókna grafenowe mogą przewodzić prąd, a nawet przesyłać dane. To ograniczyłoby okablowanie do elektronicznej zmiany przełożeń i komputerów rowerowych. Alternatywnie może tworzyć tensometry w karbonowych piastach, korbach, pedałach, tarczach lub podeszwach butów, gdzie jego nanowłókna ograniczyłyby złożoność i potencjalnie obniżyłyby cenę mierników mocy.

Nano-diamenty zostały już pokryte grafenem w celu stworzenia supersmarów, które mogą wyeliminować prawie całe tarcie łożysk, a superjasne diody LED wzmocnione grafenem są obiecane już w przyszłym roku. Superkondensator grafenowy może potencjalnie przechowywać więcej energii niż jakiekolwiek istniejące akumulatory, dzięki czemu możliwe byłyby również znacznie lżejsze elektroniczne elementy zmiany biegów. Co więcej, trwają również próby osadzania elektrod grafenowych we włóknach polipropylenowych, więc istnieje nawet pewien potencjał do włączenia w przyszłości do odzieży odzieżowej. Na tym etapie jest to hipotetyczne, ale może nadejść moment, w którym Twoja koszulka i szorty staną się inteligentne, wyczując tętno, ciśnienie krwi, temperaturę, tempo pocenia się, a nawet aktywność poszczególnych mięśni. Wygląda na to, że jego zastosowania i zalety mają niewiele granic.

„Grafen jest oczywiście tak nowy, że jego zastosowania dopiero zaczynają być badane”, mówi Campagne. „Potrzeba wielu lat badań podstawowych i stosowanych, aby opracować nowe, wspaniałe ulepszenia istniejących produktów lub nowe zastosowania i udoskonalenia. Podróż dopiero się zaczyna”.

Zalecana: