Po grafen do Polski

W Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie opracowano tanią i prostą metodę wytwarzania pokryć grafenowych grubości kilkuset nanometrów. To rewelacja na światową skalę. O co w tym chodzi?

Atom w kulce

Atomy węgla mogą się ze sobą łączyć na wiele sposobów. Grafit, diament, grafen – z chemicznego punktu widzenia są tym samym, czyli czystym węglem. Co innego fizyka. Właśnie z powodu różnego ułożenia atomów każdy z tych materiałów ma inne właściwości. Atomy węgla mogą być ułożone w sposób chaotyczny. Tak zwany węgiel amorficzny jest głównym składnikiem sadzy i w przemyśle jest wykorzystywany do produkcji na przykład opon.

W diamencie atomy są ułożone w sposób uporządkowany. I to powoduje, że diament to jeden z najtwardszych materiałów w przyrodzie. No właśnie, wiązania są tutaj sprawą kluczową. W graficie (to kolejna „odmiana” węgla) atomy też są uporządkowane, ale niektóre z łączących je wiązań są słabe. W efekcie grafit do dzisiaj wykorzystywany jest do pisania. Pocierając nim o jakąś powierzchnię (np. kartkę papieru), zostawiamy na niej warstwy węgla. I kolejny „węglowy” materiał. Lonsdaleit jest znajdowany tylko w miejscach uderzenia meteorytów i najpewniej powstaje z grafitu pod wpływem bardzo wysokiej temperatury i ciśnienia wywołanego uderzeniem meteorytu w ziemię. Prawdziwą karierę robią jednak fulereny, nanorurki i grafen. Grafen to – w największym skrócie – warstwa węgla o grubości jednego atomu. Jak to rozumieć? Gdyby wziąć kilka tysięcy pojedynczych atomów węgla i rozsypać je na superrówną powierzchnię tak, by żaden atom nie leżał na drugim (tylko wszystkie obok siebie, tworząc jedną warstwę) – wtedy powstałby grafen. Warstwa węgla o grubości jednego atomu. Gdy zwinąć ją w rulon – powstanie nanorurka. A kiedy z takiej węglowej, płaskiej warstwy uformuje się sferę, pustą w środku kulę – powstanie fuleren.