Artykuły - Przemysł chemiczny

Grafen, czyli z dużej chmury mały deszcz

19.12.2019
Autor: Dominik Wójcicki
Grafen, czyli z dużej chmury mały deszcz

W polskich pracach nad grafenem nie wszystko poszło tak, jak iść powinno, by można było osiągnąć sukces biznesowy.

Jeszcze kilka lat temu mówiło się, że Polska może stać się światowym, a jeśli nie, to na pewno europejskim centrum produkcji grafenu, zaś sam materiał zrewolucjonizować miał nieodległą przyszłość. Dzisiaj, choć prace nad grafenem wciąż trwają, ten optymizm zarówno co do naszej przyszłej roli, jak i niezwykłości samego materiału wydaje się być znacznie mniejszy.

Od publikacji o grafenie zapełniają się biblioteczne półki

Grafen wyobraźnią polskiej opinii publicznej zawładnął po raz pierwszy w 2011 r. Wtedy to Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych opracował metodę pozyskiwania dużych fragmentów tej substancji. Od tej pory w warszawskim ITME prowadzone są intensywne prace nad grafenem, których finałem ma być zastosowanie materiału w produktach komercyjnych z dziedziny elektroniki i inżynierii materiałowej oraz medycyny. Naukowcy z Instytutu mogą pochwalić się m.in. wysoką jakością badań, oryginalnymi opracowaniami, autorskimi metodami wytwarzania materiałów oraz nowymi zgłoszeniami patentowymi i publikacjami naukowymi. Niestety to wciąż o wiele za mało, by dokonała się przemysłowa rewolucja.

W laboratoriach ITME wytwarzane są dwa rodzaje grafenu. Pierwszy to grafen płatkowy, który to powstaje w trakcie chemicznej obróbki grafitu. Sam grafit zbudowany jest z połączonych ze sobą warstw węgla, tworzących strukturę grafenu. Pod wpływem reakcji chemicznych warstwy można porozdzielać, otrzymując w ten sposób niezwiązane z podłożem wkładki grafenowe. Drugi rodzaj powstającego w ITME wyrobu to grafen foliowy, uzyskiwany metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej na podłożach z miedzi, germanu, węgliku krzemu, z wykorzystaniem węglowodorów.

W ocenie naukowców, innowacyjny potencjał grafenu wynika z jego unikatowych właściwości. Materiał ten jest wytrzymały, elastyczny, transparentny oraz charakteryzuje się wysokim przewodnictwem cieplnym i elektrycznym. Może być wykorzystywany w kompozytach polimerowych, np. w gumach (wytrzymałe opony), elastycznej elektronice, a także do magazynowania energii w akumulatorach, stacjach ładowania pojazdów elektrycznych. Grafen ma też duże właściwości adsorpcyjne, dzięki czemu da się go radę używać choćby do usuwania zanieczyszczeń, odsalania i produkcji wody ultraczystej. Jednocześnie grafen płatkowy dysponuje potencjałem do wykorzystania w medycynie i biotechnologii. Materiał jest biozgodny, a zarazem bakterio- i grzybobójczy.

Równolegle z pracami teoretycznymi naukowcy z Instytutu pracują nad powiększeniem skali technologii wytwarzania grafenu płatkowego i jej wdrożeniem w skali pilotażowej. Władze ITME obiecują, że w perspektywie kilkunastu najbliższych miesięcy ich jednostka stanie się drugim najpoważniejszym producentem grafenu płatkowego w Europie i jednym ze światowych liderów w tej dziedzinie. W tym celu uruchomiona ma zostać w 2020 r. nowa linia produkcyjna o wydajności ponad stukrotnie wyższej niż aktualne możliwości produkcyjne Instytutu. Pieniądze na ten cel Instytut dostał od Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Wszystko to cieszy, ale tak naprawdę, o czym będzie mowa w dalszych partiach tekstu, jest nieco spóźnione.

Konsekwencją tych spóźnień jest fakt, że Instytut musiał zająć się także komercjalizacją grafenu, czyli opracowaniem rozwiązań dla biznesu, które chciałyby wykorzystywać omawiany materiał.

Największym zainteresowaniem przemysłu cieszy się stworzony w ITME hallotron. Jest to prawdopodobnie pierwszy na świecie wyrób elektroniczny, w którym grafen stanowi istotną część urządzenia. Hallotron grafenowy to czujnik pola magnetycznego, stosowany np. w silnikach spalinowych. Dzięki grafenowi polski czujnik ma być odporny na skrajne temperatury: mógłby więc działać i w ciekłym azocie, i w temperaturach rzędu 500⁰C. Kolejne opracowane w ITME zastosowania grafenu, to m.in. narzędzia skrawające, gumowe uszczelki z dodatkiem grafenu, smary grafenowe, materiały budowlane, pokrycia antykorozyjne, czy ciecze chłodzące.

Intensywne badania naukowe nad grafenem prowadzone są także w Politechnice Warszawskiej, która jako jedyna uczelnia wyższa w Polsce jest członkiem konsorcjum programu Graphene Flagship, czyli unijnej inicjatywy badawczej. Uczelnia współpracuje z partnerami naukowymi i przemysłowymi ze Szwecji, Wielkiej Brytanii, Austrii oraz Chin nad dalszym rozwojem technologii grafenu foliowego na węgliku krzemu dla zastosowań m.in. w technologiach 5G.

Wyświetlono: 2732

Przeczytaj również

Skomentuj

Kalendarium

więcej