Ultraerős papír

Alapanyagként a grafit szolgált. A hagyományosan íróeszközként használt anyagot régóta alkalmazzák különböző technikai célokra, mint például kenőanyagként, elektródaként, ultra-vékony szűrőként a vegyiparban, de hidrogénhajtású járművekben is használatosak. Polimerekkel, fémekkel gyakran társítják, mely így igen könnyű és erős anyagként szolgál a repülőgépipar, az autóipar és egyes esetekben az építőipar számára is.

Az ultraerős papír ilyen grafénrétegekből áll (www.faraday.fc.up.pt)

Az új anyag kifejlesztését egy közelmúltban tett felfedezés tette lehetővé. Egy orosz- holland kutatócsapat rátalált a grafén nevű anyagra, ami gyakorlatilag a grafit egy-atom vastagságú síkját jelenti. A grafén nem más, mint méhsejt alakba rendeződött szénatomok sokasága. Közeli rokona az egy atom réteg falvastagságú szén nano-cső, ami tulajdonképpen egy henger alakúra összetekert grafén, és a fullerén, ami egy hálós felületű, belül üres kis gömböcske.

A grafén tulajdonságaival kapcsolatban, igen sok még a megválaszolatlan kérdés. Ami bizonyos, hogy rendkívül jó elektromos vezető, és hihetetlenül erős anyag. A Manchechteri Egyetem professzora, Andre Geim szerint a gyémántnál is ellenállóbb. A grafit íróeszközként és kenőanyagként való felhasználása arra vezethető vissza, hogy a grafén rétegek között igen gyenge a kötés, így azok súrlódás hatására könnyedén leválnak egymásról.

A kutatást vezető Rodney Ruoff ötlete az volt, hogy a grafitot szét kell bontani grafén lemezekre, majd azokat a grafittól eltérő módon ismét összerakva egy igen erős és rugalmas anyagot lehet előállítani. Az eljárás lényege, hogy a 10 nanométer vastagságú grafén rétegeket egymással átfedésbe hozzák, vízmolekulák segítségével egymáshoz ragasztják őket, így egy néhány mikrométer vastag grafén papírt hoznak létre. A víz helyett természetesen más ragasztóanyagként szolgáló kemikáliát is fel lehet használni, így a kutatók az ultraerős papírt számos, különböző tulajdonsággal ruházhatják fel.

Az egymáshoz ragasztott garafénlemezék rugalmas, papírszerű anyagot eredményeztek  (Dmitriy Dikin)

Mivel az egyes grafén rétegeket igen nehéz egymásról leválasztani, a tudósok sav segítségével oxidálták a grafitot, amelyet aztán vízbe helyezve a grafén-oxid rétegek leváltak egymásról. Amikor az így keletkezett oldatot leszűrték, a szűrőn visszamaradtak az egymást véletlenszerűen fedő grafén lemezkék. A szomszédos lemezkék, annak szénatomjai és a vízmolekulákban lévő hidrogénatomok között létrejött kötéssel kapcsolódnak egymáshoz.

Az ultraerős és alacsony tömegű anyagok kifejlesztésére tett erőfeszítések során, más kutatócsoportok szén nano-csőveket használtak fel. A spagettiszerűen egymással összegubancolódó és ezért törésre kevésbé hajlamos nano-csövek mechanikailag előnyösebb tulajdonságokkal bírnak ugyan, mit a Northwestern University kutatócsoportja által kifejlesztett anyag, de azok a nano-csövek előállítási költsége miatt nagyságrendekkel drágábbak is.

A grafit olcsó, hagyományos anyag, melyből igen költség hatékonyan lehet grafént előállítani. Az anyagi oldalon túl pedig Ruoff és csapata elektromos szigetelő, vezető és félvezető anyagot is létre tud hozni a grafénlemezekből. Az ultraerős anyag, így változatos elektromos tulajdonságokkal párosulva igen izgalmas jövő előtt áll.

Ráadásul más ragasztóanyagok segítségével még az eddiginél is nagyobb, rendkívüli szilárdság érhető el. Kíváncsian várjuk, mikor és hol találkozhatunk majd az iparban a tudomány ezen új eredményével.

Forrás: www.technologyreview.com

Ivicsics Miklós