Je grafen dalším uhlíkovým vláknem?

Obsah:

Je grafen dalším uhlíkovým vláknem?
Je grafen dalším uhlíkovým vláknem?

Video: Je grafen dalším uhlíkovým vláknem?

Video: Je grafen dalším uhlíkovým vláknem?
Video: Spectrum filaments - Maker Faire Prague 2022 2024, Březen
Anonim

Byl objeven v šmouhách od tužky, mohl by být grafen novým supermateriálem, který promění cyklistický průmysl?

Na první pohled je grafen jednoduchý materiál. Je to jediná vrstva uhlíkových atomů o tloušťce 0,3 nanometru – milionkrát tenčí než papír tohoto časopisu. Přesto je 150krát pevnější než ocel a o 20 % elastičtější. Vede elektřinu lépe než měď nebo zlato, a to rychlostí jednoho milionu metrů za sekundu. Rychle odvádí teplo. Je průhledná a zároveň zcela nepropustná a měla by mít v 21. století stejný dopad jako uhlíková vlákna ve 20. a ocel v 19. století. Není divu, že dva vědci z Manchesterské univerzity, kteří jej objevili v roce 2003, Andre Geim a Konstantin Novoselov, byli rychle dovedeni k Nobelově ceně a rytířským titulům. Ale co to má společného s koly?

První uživatelé Grafhenu

První cyklistické produkty obsahující grafen se začínají dostávat na trh. Vittoria používá grafen ve svých nejnovějších karbonových ráfcích Qurano (viz str. 20) a Catlike ho také používá ve své vrcholné přilbě Mixino. Zakázkový stavitel karbonových rámů Richard Craddock z Craddock Cycles říká: „O grafenu je teď hodně vzrušení, ale toto jsou jen první nájezdy. Stejně jako u každého nového materiálu není jeho plný potenciál ještě znám, ale s největší pravděpodobností maximální přínos není jako náhrada za uhlík, ale jako vylepšení. Použil bych to, až se to prokáže.‘

Paul Wiper, výzkumný pracovník Národního institutu grafenu na Manchesterské univerzitě, říká: „Grafen může zlepšit mechanické vlastnosti kompozitu, protože může sdílet napětí, když je přidán do matrice epoxidové pryskyřice, a učinit ji tužší. Musíte však najít správnou rovnováhu. Hodně grafenu, řekněme 10 nebo 20 % matrice, by to udělalo opravdu tuhé, ale také by to bylo křehké.'

Jeho kolegové v současné době zdokonalují využití grafenu v kompozitních rámech pro letectví a kosmonautiku a španělský výrobce automobilů Spania jej již zahrnuje do svého podvozku superauta GTA. Mohly by tedy být na řadě rámy jízdních kol? „Neexistuje žádný důvod, proč by nemohl být použit v rámech kol a jsem si jistý, že na nich už někdo pracuje,“předpovídá Wiper. Vittoria má v grafen takovou důvěru, že dává své peníze tam, kde má ústa. „Před pěti lety jsem měl náhodou večeři se zakladatelem Directa Plus, jedné z prvních továren na výrobu grafenu v Evropě, a přišel jsem s nápadem použít grafen v našich produktech,“říká prezident Vittoria Rudie Campagne. ‚Pak jsme se rozhodli do nich investovat, abychom byli na špici.‘

Vittoria tvrdí, že použitím grafenu v nových karbonových kolech Qurano zvýšila pevnost paprsků a boční tuhost ráfku až o 30 %. Ale především Campagne nadšeně říká: „Vylepšený odvod tepla grafenem snižuje akumulovanou teplotu ráfku [při brzdění] a udržuje ji hluboko pod prahem, kdy by se uhlíkové vlákno začalo rozpadat.'

Přidání grafenu do uhlíku však není tak jednoduché jako přidání cukru do kávy. Directa Plus dodává grafen Vittorii jako „nano-destičky“, které mají tloušťku pouhých tří až sedmi atomů. „Velkou výzvou bylo dosáhnout téměř dokonalé disperze grafenu v hlavní dávce epoxidové pryskyřice pro prepregované uhlíkové desky,“říká Campagne.

Plátek inspirace

Grafenové kolo
Grafenové kolo

„Lidé po desetiletí spekulovali, že grafen existuje v alotropech uhlíkových materiálů, jako je grafit, uhlí a diamant, ale nikdo nevěděl, jak jej vyrobit jako jedinou dvourozměrnou vrstvu,“říká Wiper. V inspirovaném okamžiku začali Geim a Novoselov se šmouhou krystalického grafitu – ve skutečnosti značkou tužkou – která se skládá z několika na sebe naskládaných vrstev grafenu a pomocí lepicí pásky část grafitu strhli. Ze zvědavosti to dělali znovu a znovu, až nakonec izolovali jedinou vrstvu – čistý grafen. Pak to otestovali.

‚Když vyrábíte materiály stále tenčí a tenčí, jejich vlastnosti se zhoršují,‘říká sám Geim. ‚Ale s grafenem jsme zjistili, že se věci jen zlepšily.‘

Laboratoře po celém světě nyní vyrábějí grafen mnoha způsoby, s různou čistotou, různou velikostí vzorků a množstvím šarží. Například společnost Catlike říká, že používá nanovlákna k udržení pevnosti svých přileb Mixino, které jsou nyní o 10 g lehčí než předchozí modely. Jiní jej používají ve formě nanopásek a Samsung a Sony tvrdí, že vynalezli způsoby, jak vyrobit souvislé listy. Co je však možná překvapivé, je, že to není příliš drahé. Kilo nanodestiček koupíte za méně než 150 liber. Jak bude vytvořeno více verzí materiálu, je jisté, že použití slova „grafen“v marketingových materiálech způsobí zmatek pro spotřebitele. Bude obtížné zjistit, zda produkt, který tvrdí, že je „vylepšený grafenem“, skutečně obsahuje submikroskopický materiál, nebo zda je k něčemu dobrý. Je to mezera, kterou by bezohlední mohli využít.

‘Laboratoř by mohla otestovat materiál, aby zjistila, zda funguje tak, jak se tvrdí, ale museli byste provést chemický test, abyste se ujistili, že je přítomen grafen,‘říká Wiper. A protože grafen existuje ve většině forem uhlíku, dokonce i v uhelném prachu, mohlo by to být peklo. Ale ve správných rukou je jeho příslib pro cyklistický průmysl obrovský. Potenciální využití grafenu zahrnuje prevenci koroze na exponovaných částech, jako jsou ráfky, převodníky a paprsky, nebo, pokud by byla grafenová nanovlákna zapuštěna do uhlíkových komponent, mohla by vést elektřinu nebo dokonce přenášet data. Tím by se snížila kabeláž pro elektronické řazení a cyklocomputery. Alternativně by mohl tvořit tenzometry v karbonových nábojích, klikách, pedálech, převodnících nebo podrážkách bot, kde by jeho nanovlákna snížila složitost a potenciálně by snížila cenu elektroměrů.

Nano-diamanty již byly potaženy grafenem za účelem vytvoření supermaziva, která by mohla eliminovat téměř veškeré tření z ložisek, a superjasné, grafenem vylepšené LED jsou přislíbeny již v příštím roce. Grafenový superkondenzátor může potenciálně uchovat více energie než jakékoli existující baterie, takže by byly také možné podstatně lehčí elektronické komponenty řazení. A co víc, probíhají také zkoušky zabudování grafenových elektrod do polypropylenových vláken, takže existuje i určitý potenciál pro budoucí začlenění do oděvních oděvů. V této fázi je to hypotetické, ale může nastat okamžik, kdy se váš dres a šortky stanou chytrými a budou snímat vaši srdeční frekvenci, krevní tlak, teplotu, rychlost pocení a dokonce i aktivitu jednotlivých svalů. Opravdu se zdá, že jeho použití a výhody mají jen málo hranic.

„Graphene je zjevně tak nový, že jeho aplikace se teprve začínají studovat,“říká Campagne. „Bude to trvat mnoho let základního a aplikovaného studia, než přijdeme se skvělými novými vylepšeními stávajících produktů nebo s novými aplikacemi a vylepšeními. Cesta teprve začíná.‘

Doporučuje: