|
|
|
Το οξείδιο του γραφενίου υφαίνεται σαν ανθεκτικό 'χαρτί'Πηγή: Physics Web, 25 Ιουλίου 2007 |
|
Δημιουργήθηκε ένα νέο υλικό, το οξείδιο του γραφενίου, που μπορεί να διπλωθεί, να ζαρωθεί και -- μέχρι ενός σημείου -- να τεντωθεί. Αλλά παρόλο ότι έχει το ίδιο πάχος με το συνηθισμένο χαρτί (μόλις ένα χιλιοστό του χιλιοστού) είναι πολύ δύσκαμπτο και εξαιρετικά ανθεκτικό, ισχυρίζονται οι εφευρέτες του. Επιπλέον, θεωρούν ότι το υλικό που βασίζεται σε μια ένωση του άνθρακα μπορεί να προσαρμοστεί για πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης και της μοριακής αποθήκευσης, σαν ιοντικού αγωγού και σαν υπερπυκνωτή (Nature 448 457). Το γραφένιο, αρχικά είχε απομονωθεί το 2004, είναι ένα φύλο γραφίτη πάχους ενός μόνου ατόμου που, εκτός των μοναδικών ηλεκτρονικών ιδιοτήτων που έχει, είναι πολύ ισχυρό. Το υλικό αυτό είναι πιο σκληρό κι από το διαμάντι, αποτελείται από άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε ένα επίπεδο, αντί σε τρεις διαστάσεις όπως συμβαίνει με το ατομικό πλέγμα του γραφίτη. Αν αφεθούν ελεύθερα, αυτά τα επίπεδα φύλλα άνθρακα «τσαλακώνονται» και σχηματίζουν άμορφες μάζες. Αλλά ακόμα δεν υπάρχει κανένας τρόπος να αποκτηθεί σε μεγάλες ποσότητες, και ο λόγος αυτός έχει περιορίσει τη δυνατότητά του να δοκιμαστεί ως δομική μονάδα για νέους τύπους ειδικών υλικών. Τώρα, το νέο 'χαρτί' μπορεί να παραχθεί σε φύλλα μήκους μόνο 12 εκατοστών, αργότερα όμως οι διαστάσεις θα μεγαλώσουν λένε οι ερευνητές. Τώρα, εντούτοις, μια ομάδα από το Βορειοδυτικό Πανεπιστήμιο στο Σικάγο συμπεριλαμβανομένου και του Rodney Ruoff έχει ανακαλύψει ότι μεγάλες ποσότητες οξειδωμένου γραφενίου μπορούν να 'υφανθούν' μαζί, δημιουργούν έναν νέο τύπο "χαρτιού" που είναι πιο δύσκαμπτο και ισχυρότερο από άλλα λεπτά υλικά. Συγκεκριμένα δημιούργησαν το νέο υλικό από επικαλυπτόμενα φύλλα οξειδίου του γραφενίου, ενωμένα όπως τα κεραμίδια μιας στέγης χάρη σε δεσμούς υδρογόνου. Επίσης, διπλώνεται σχετικά εύκολα αλλά σκίζεται πολύ δύσκολα. "Το όνειρό μου ήταν να αποσυνθέσω το γραφίτη σε μεμονωμένα φύλλα, και έπειτα να συγκεντρώσω εκ νέου αυτά τα φύλλα με διαφορετικούς τρόπους", λέει ο Ruoff. Για να το καταφέρει άρχισε με την οξείδωση του γραφίτη, με σκοπό να αντικαταστήσει κατά προσέγγιση τα μισά από τα άτομα άνθρακα με άτομα οξυγόνου. Όταν το οξείδιο του γραφίτη αναμιγνύεται με νερό, αυτά τα άτομα του οξυγόνου απωθούν τα μόρια του νερού, αναγκάζοντας τα μεμονωμένα στρώματα - του οξειδίου του γραφενίου - να διασκορπιστούν ή να γίνουν "φύλλα". Οι ερευνητές ακολούθως φίλτραραν αυτό μίγμα (με τα φύλλα) με τη βοήθεια μιας μεμβράνης, η οποία συλλέγει τα στρώματα με μια τέτοια ρύθμιση ώστε παραγάγει οξείδιο του γραφενίου λεπτό σαν χαρτί. Ο κανονικός γραφίτης έχει μια λεπτή δομή, που χρειάζεται μόνο μια μικρή πλευρική δύναμη για να διασπαστεί σε κανονικά λεπτά στρώματα. Αντιθέτως, τα στρώματα στο οξείδιο του γραφενίου αναμειγνύονται το ένα με το άλλο και 'ρυτιδώνουν' στις μεγαλύτερες κλίμακες. Αυτό επιτρέπει στο φορτίο να κατανεμηθεί σε όλη τη δομή, γι αυτό και η δομή αυτή γίνεται πιο ισχυρή από το φύλλο του γραφίτη και το φύλλο από νανοσωλήνες άνθρακα. Στην πραγματικότητα, ισχυρίζεται ο Ruoff, το μόνο ισχυρότερο υλικό θα μπορούσε να είναι το διαμάντι. Η περιπλεγμένη δομή αφήνει, επίσης, μεμονωμένη μετατόπιση των στρωμάτων το ένα πάνω από το άλλο, έτσι ώστε τα συλλογικά στρώματα να γίνονται εύκαμπτα. Αλλά το πιο σπουδαίο είναι ότι το 'χαρτί' μπορεί χημικά να συντονιστεί με την αλλαγή της ποσότητας του οξυγόνου στα στρώματα. Η μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο, παραδείγματος χάριν, θα το έκανε μονωτή μέσα σε έναν καλό αγωγό, έτσι η ηλεκτρική αγωγιμότητα των υλικών αυτών στο μέλλον θα είναι δυνατόν να ρυθμιστεί κατά βούληση. Επιπλέον, το ειδικό αυτό χαρτί θα μπορούσε να εμποτιστεί με πολυμερή, κεραμικά ή μέταλλα, για να κάνει σύνθετα υλικά που να ξεπερνούν σε πολύτιμες ιδιότητες τα καθαρά αντίστοιχά τους. Οι εφαρμογές της νέας τεχνολογίας θεωρητικά είναι πολλές. Μια
ενδιαφέρουσα ιδιότητα του υλικού, που καθιστά πιθανή τη χρήση του στη
μικροηλεκτρονική, είναι η ηλεκτρική του αγωγιμότητα, η οποία στο μέλλον θα
είναι δυνατόν να ρυθμιστεί κατά βούληση. |