Patent na przyszłość

Grafen to materiał przyszłości w elektronice, medycynie, inżynierii i wielu, wielu innych dziedzinach. O polskim sposobie na jego wytwarzanie w mediach zrobiło się głośno 2–3 lata temu, choć prace nad nim trwały od wielu lat. Zainicjował je dyrektor Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie, dr Zygmunt Łuczyński, zaledwie rok po ukazaniu się pierwszych większych publikacji naukowych poświęconych temu materiałowi. – Za badania grafenu w 2010 roku Nagrodę Nobla dostali Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow, ale pierwsze publikacje pojawiły się w 2004 i 2005 roku. My zajęliśmy się grafenem w 2006 roku. Byliśmy jednymi z pierwszych i do dzisiaj pozostajemy liderem – mówi dr Zygmunt Łuczyński.

Gdzie jesteśmy?

Właśnie, jak to jest z tym pierwszeństwem. Co konkretnie udało nam się zrobić? I czy to, czego dokonaliśmy, jest znaczącym odkryciem? – Grafen to materiał, w którym atomy węgla ułożone jeden obok drugiego tworzą cieniutką, jednoatomową warstwę. Ta warstwa ma niesamowite właściwości. Problem w tym, że bardzo trudno ją otrzymać. Z maleńkimi łuskami nie ma problemu, ale to większe wyzwanie. Istota naszego patentu polega na tym, że nauczyliśmy się otrzymywać kawałki grafenu o powierzchni kilkudziesięciu centymetrów kwadratowych. Na przykład krążki o średnicy 10 centymetrów – tłumaczy dr Łuczyński. Krążek o takiej średnicy to ogromne osiągnięcie, ale to wciąż za mało, żeby grafen mógł wejść do komercyjnej elektroniki.

Dla światowego przemysłu elektronicznego standardem są płytki o średnicy 30 centymetrów. Takie wielkości mają płytki krzemowe, z których teraz wytwarza się elektronikę, do takich wielkości dostosowane są linie produkcyjne. W takim razie pytanie drugie. Jaka jest nasza pozycja w świecie? – Prace nad grafenem finansuje mnóstwo światowych rządów i instytutów. To, co możemy powiedzieć z całą pewnością, to to, że znajdujemy się w czołówce ośrodków, które zajmują się tą tematyką. W Unii Europejskiej jesteśmy jednym z liderów – mówi dr Łuczyński. I dodaje, że nie potrafi jednoznacznie powiedzieć, czy jesteśmy w tym najlepsi, bo produkcja grafenu w wielu laboratoriach została utajniona. Jedna rzecz to jednak wielkość grafenowych powierzchni, a druga to ich jakość. Nawet największy „płatek” grafenu jest nic niewart, gdy są w nim dziury, defekty albo niedokładności. Tymi ostatnimi może być np. nieregularna struktura czy miejscami większa grubość „płatka”. Powierzchnie, jakie potrafią wytwarzać inżynierowie z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie, są nie tylko bardzo duże, ale na dodatek mają bardzo wysoką jakość. – Pod względem jakości warstw grafenowych mógłbym zaryzykować twierdzenie, że jesteśmy w bardzo ścisłej czołówce – powiedział dr Zygmunt Łuczyński. I dodał, że krążki o średnicy 10 cm to nie wszystko, co potrafią robić „jego” ludzie. – Potrafimy też wykonywać największe w Europie i obydwu Amerykach płachty grafenu osadzane na miedzi. Ten grafen jest gorszej jakości, a więc nie do wykorzystania w elektronice, można go jednak użyć do innych celów, np. jako cienkie i przezroczyste warstwy grzewcze, m.in. w szybach.

Nie mamy przemysłu

Mamy zatem coś, czego prawie nikt nie ma. Mamy coś, co jest materiałem przyszłości. Jak chronimy swoją własność? Czy grafenu nikt nam nie ukradnie, jak wiele innych wynalazków w przeszłości? – Na dzisiaj mamy patent w Japonii, Korei i USA. Wciąż czekamy na patent na kraje europejskie – tłumaczy dr Łuczyński. Ale szybko dodaje, że grafen można produkować na wiele różnych sposobów, a wszystko zależy od tego, do czego ma być wykorzystany. Jest wiele firm, które produkują duże ilości grafenu, ale w bardzo małych płatkach. – Na oko wygląda to jak czarny proszek, ale pod mikroskopem wyraźnie widać, że to maleńkie płatki węgla – mówi dr Łuczyński. Po co to komu? – Można je wymieszać np. z tworzywami sztucznymi, tworząc tzw. kompozyty. Wtedy dostaje się materiał, który jest plastikiem, ale ma na przykład zdolności do transportu ciepła czy przewodzenia prądu – dodaje. Do tworzenia takich materiałów nie trzeba produkować grafenu w dużych kawałkach. Skoro potrafimy wykonywać duże powierzchnie grafenu o bardzo dobrej jakości, to kiedy można się spodziewać np. elektroniki wykorzystującej grafen wyprodukowany w Polsce? – Za kilka lat grafen wejdzie do elektroniki. Czy my tam będziemy? To zależy, co w tej kwestii będzie robiło państwo polskie. My nie jesteśmy firmą czy centrum biznesowym. My jesteśmy instytutem naukowym. Tworzymy patenty, ale nie wdrażamy ich w życie. Nie będziemy produkowali telefonów czy komputerów. I tutaj musi być wsparcie państwa. Żeby coś wdrożyć, musi być partner biznesowy. Polska niewiele produkuje, raczej jest montownią, miejscem, gdzie owszem, składa się wiele urządzeń elektronicznych, ale z części, które przyjeżdżają do nas z zagranicy – mówi dr Łuczyński. I dodaje, że według jego wiedzy, polska metoda na produkcję grafenu ze wszystkich znanych na świecie ma największe perspektywy zastosowania w elektronice.