აღმოჩენილი ფანქრის ლაქაში, შეიძლება გრაფინი იყოს ახალი სუპერ მასალა, რომელიც გარდაქმნის ველოსიპედის ინდუსტრიას?
პირველ რიგში, გრაფენი მარტივი მასალაა. ეს არის ნახშირბადის ატომების ერთი ფენა 0,3 ნანომეტრის სისქით - მილიონჯერ უფრო თხელი ვიდრე ამ ჟურნალის ქაღალდი. თუმცა ის 150-ჯერ უფრო ძლიერია ვიდრე ფოლადი და 20%-ით უფრო ელასტიური. ის სპილენძზე ან ოქროზე უკეთ ატარებს ელექტროენერგიას, წამში მილიონი მეტრი სიჩქარით. ის სწრაფად გამოყოფს სითბოს. ის გამჭვირვალეა, ისევე როგორც სრულიად გაუვალი და მას უნდა ჰქონდეს იგივე გავლენა 21-ე საუკუნეში, როგორც ნახშირბადის ბოჭკო მე-20-ში და ფოლადი მე-19-ში. გასაკვირი არ არის, რომ მანჩესტერის უნივერსიტეტის ორი მეცნიერი, რომლებმაც ის აღმოაჩინეს 2003 წელს, ანდრე გეიმმა და კონსტანტინე ნოვოსელოვმა, სწრაფად მიიღეს ნობელის პრემია და რაინდი.მაგრამ რა კავშირი აქვს ამას ველოსიპედებთან?
გრაფენის ადრეული მიმღებები
გრაფენის შემცველი პირველი ველოსიპედის პროდუქტები ბაზარზე გამოსვლას იწყებს. Vittoria იყენებს გრაფენს თავის უახლეს ნახშირბადის Qurano-ს რგოლებში (იხ. p20) და Catlike ასევე იყენებს მას თავის აყვავებულ Mixino ჩაფხუტში. მორგებული ნახშირბადის ჩარჩოს მშენებელი რიჩარდ კრედოკი Craddock Cycles-დან ამბობს: „ამჟამად გრაფენის შესახებ ბევრი აზარტია, მაგრამ ეს მხოლოდ პირველი შეტევებია. ყოველი ახალი მასალის მსგავსად, მისი სრული პოტენციალი ჯერ არ არის ცნობილი, მაგრამ, სავარაუდოდ, მაქსიმალური სარგებელი არის არა როგორც ნახშირბადის შემცვლელი, არამედ როგორც გამაძლიერებელი. მე მას გამოვიყენებ, როცა დამტკიცდება.'
პოლ უაიპერი, მანჩესტერის უნივერსიტეტის გრაფენის ეროვნული ინსტიტუტის მკვლევარი, ამბობს: „გრაფენს შეუძლია გააუმჯობესოს კომპოზიტის მექანიკური თვისებები, რადგან მას შეუძლია გაიზიაროს დაძაბულობა ეპოქსიდური ფისის მატრიცაში დამატებისას და გახადოს იგი უფრო მკაცრი. თუმცა, თქვენ უნდა დაადგინოთ ბალანსი სწორად. ბევრი გრაფენი, ვთქვათ მატრიცის 10 ან 20%, გახდის მას ნამდვილად ხისტი, მაგრამ ასევე იქნება მყიფე.''
მისი კოლეგები ამჟამად სრულყოფენ გრაფენის გამოყენებას აერონავტიკისთვის კომპოზიტურ ჩარჩოებში და ესპანელი ავტომობილების მწარმოებელი Spania უკვე მოიცავს მას GTA სუპერმანქანის შასიში. შეიძლება ველოსიპედის ჩარჩოები იყოს შემდეგი? „არავითარი მიზეზი არ არსებობს, თუ რატომ არ შეიძლება მისი გამოყენება ველოსიპედის ჩარჩოებში და დარწმუნებული ვარ, რომ ვიღაც უკვე მუშაობს მათზე“, - პროგნოზირებს Wiper. ვიტორიას ისეთი რწმენა აქვს გრაფენის მიმართ, ის თავის ფულს იქ დებს. „ხუთი წლის წინ ვსადილობდი Directa Plus-ის დამფუძნებელთან, გრაფენის ერთ-ერთი პირველი ქარხანა ევროპაში, და გამიჩნდა იდეა, რომ გრაფენი გამომეყენებინა ჩვენს პროდუქტებში“, - ამბობს Vittoria-ს პრეზიდენტი რუდი კამპანი. „მაშინ ჩვენ გადავწყვიტეთ ინვესტიცია ჩაგვეტანა მათში, ვიყოთ მოწინავე ზღვარზე.“
Vittoria ამტკიცებს, რომ გრაფენის გამოყენებით ახალ Qurano-ს ნახშირბადის ბორბლებში მან გაზარდა ხვრელის სიმტკიცე და რგოლის გვერდითი სიმტკიცე 30%-მდე. მაგრამ უპირველეს ყოვლისა, Campagne აღფრთოვანებულია: „გრაფენის გაუმჯობესებული სითბოს გაფრქვევა ამცირებს რგოლში დაგროვილ ტემპერატურას [დამუხრუჭების ქვეშ] და ინარჩუნებს მას იმ ზღურბლზე, სადაც ნახშირბადის ბოჭკო დაიწყებს დაშლას.''
გრაფენის ნახშირბადის დამატება არც ისე მარტივია, როგორც ყავაში შაქრის დამატება. Directa Plus აწვდის გრაფენს Vittoria-ს „ნანო-თრომბოციტების“სახით, რომელთა სისქე მხოლოდ სამიდან შვიდ ატომს შეადგენს. „დიდი გამოწვევა იყო გრაფენის თითქმის სრულყოფილი დისპერსიის მიღწევა ეპოქსიდური ფისის მთავარ პარტიაში წინასწარი ნახშირბადის ფურცლებისთვის“, ამბობს Campagne.
შთაგონების ნაჭერი
"ადამიანები ათწლეულების განმავლობაში ფიქრობდნენ, რომ გრაფენი არსებობდა ნახშირბადის მასალების ალოტროპებში, როგორიცაა გრაფიტი, ქვანახშირი და ალმასი, მაგრამ არავინ იცოდა, როგორ გაეკეთებინა ის, როგორც ერთი ორგანზომილებიანი ფენა", - ამბობს Wiper. შთაგონებულ მომენტში, გეიმმა და ნოვოსელოვმა დაიწყეს კრისტალური გრაფიტის ლაქით - ფაქტობრივად, ფანქრის ნიშნით - რომელიც შედგება გრაფენის მრავალჯერადი, დაწყობილი ფენებისგან და წებოვანი ლენტის გამოყენებით მათ ამოიღეს გრაფიტის ნაწილი.ცნობისმოყვარეობის გამო, ისინი ამას ისევ და ისევ აკეთებდნენ, სანამ საბოლოოდ არ გამოყოფდნენ ერთ ფენას - სუფთა გრაფენს. შემდეგ მათ გამოსცადეს.
"როგორც წესი, როცა მასალებს უფრო და უფრო თხელ ხდი, მათი თვისებები უარესდება", - ამბობს თავად გეიმი. „მაგრამ გრაფენით ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ ყველაფერი მხოლოდ უკეთესი გახდა.“
ლაბორატორიები მთელს მსოფლიოში ახლა ამზადებენ გრაფენს მრავალი გზით, განსხვავებული სისუფთავით, განსხვავებული ნიმუშის ზომისა და სერიის რაოდენობით. მაგალითად, Catlike ამბობს, რომ იყენებს ნანო-ბოჭკოებს Mixino-ს ჩაფხუტების სიმტკიცის შესანარჩუნებლად, რომლებიც ახლა 10 გ-ით მსუბუქია, ვიდრე წინა მოდელები. სხვები მას იყენებენ ნანო ლენტების სახით, ხოლო Samsung და Sony ამტკიცებენ, რომ გამოიგონეს გზები უწყვეტი ფურცლების გასაკეთებლად. თუმცა გასაკვირი ის არის, რომ ის არ არის ზედმეტად ძვირი. თქვენ შეგიძლიათ შეიძინოთ კილოგრამი ნანოთრომბოციტები 150 ფუნტზე ნაკლებ ფასად. რაც უფრო მეტი ვერსიები იქმნება მასალის შექმნაზე, დარწმუნებულია, რომ მარკეტინგულ მასალაში სიტყვა „გრაფენის“გამოყენება მომხმარებელთა დაბნეულობას გამოიწვევს. რთული იქნება იმის დადგენა, პროდუქტი, რომელიც ამტკიცებს, რომ არის „გრაფენით გაძლიერებული“ნამდვილად შეიცავს ქვემიკროსკოპულ მასალას, ან რაიმე სიკეთეს აკეთებს.ეს არის ხარვეზი, რომელიც არაკეთილსინდისიერმა შეიძლება გამოიყენოს.
"ლაბორატორიას შეუძლია შეამოწმოს მასალა იმის დასანახად, მუშაობს თუ არა ის, როგორც ამბობენ, მაგრამ თქვენ მოგიწევთ ქიმიური ტესტის გაკეთება, რათა დარწმუნდეთ, რომ გრაფენი არსებობს", - ამბობს Wiper. და რადგან გრაფენი ნახშირბადის უმეტეს ფორმებში არსებობს, თუნდაც ნახშირის მტვერში, ეს შეიძლება იყოს ვაჭრობის აღწერილობის აქტის ჯოჯოხეთი. მაგრამ სწორი ხელში, მისი დაპირება ველოსიპედის ინდუსტრიისთვის უზარმაზარია. გრაფენის პოტენციური გამოყენება მოიცავს კოროზიის თავიდან აცილებას დაუცველ ნაწილებზე, როგორიცაა რგოლები, ჯაჭვის რგოლები და სპიკერები, ან თუ ნახშირბადის კომპონენტებშია ჩასმული, გრაფენის ნანო-ბოჭკოებს შეუძლიათ ელექტროენერგიის გატარება ან თუნდაც მონაცემების გადაცემა. ეს შეამცირებს კაბელებს ელექტრონული გადართვისა და ველოსიპედის კომპიუტერებისთვის. ალტერნატიულად, მას შეუძლია შექმნას დაძაბულობის ლიანდაგები ნახშირბადის კერებში, ამწეებში, პედლებში, ჯაჭვის რგოლებში ან ფეხსაცმლის ძირებში, სადაც მისი ნანობოჭკოები შეამცირებს სირთულეს და პოტენციურად შეამცირებს დენის მრიცხველების ფასს.
ნანო-ბრილიანტები უკვე დაფარულია გრაფენით, რათა შეიქმნას სუპერ-საპოხი მასალები, რომლებსაც შეუძლიათ თითქმის ყველა ხახუნის აღმოფხვრა საკისრებიდან, ხოლო სუპერნათელი, გრაფენით გაძლიერებული LED-ები დაპირდებიან მომავალ წელს.გრაფენის სუპერკონდენსატორის პოტენციურად შეუძლია შეინახოს მეტი ენერგია, ვიდრე ნებისმიერ არსებულ ბატარეას, ამიტომ შესაძლებელი გახდება არსებითად მსუბუქი ელექტრონული კომპონენტების გადაადგილებაც. უფრო მეტიც, პოლიპროპილენის ბოჭკოებში გრაფენის ელექტროდების ჩანერგვის ცდებიც მიმდინარეობს, ასე რომ, ტანსაცმლის სამოსში მომავალში ჩართვის პოტენციალიც კი არსებობს. ეს ჰიპოთეტურია ამ ეტაპზე, მაგრამ შეიძლება დადგეს დრო, როდესაც თქვენი მაისური და შორტები ჭკვიანები გახდებიან და გრძნობენ თქვენს გულისცემას, არტერიულ წნევას, ტემპერატურას, ოფლიანობის სიხშირეს და ცალკეული კუნთების აქტივობასაც კი. როგორც ჩანს, მის გამოყენებასა და სარგებელს მცირე საზღვრები აქვს.
"გრაფენი აშკარად იმდენად ახალია, რომ მისი აპლიკაციების შესწავლა მხოლოდ ახლა იწყება", - ამბობს კამპანი. „არსებული პროდუქციის დიდი ახალი გაუმჯობესების ან ახალი აპლიკაციებისა და დახვეწის მიღწევას დასჭირდება მრავალი წლის ფუნდამენტური და გამოყენებითი კვლევა. მოგზაურობა მხოლოდ ახლა იწყება.'
