Nobel za przyszłość

Choć grafen jest jednym z najdroższych materiałów na świecie, każdy może go wyprodukować sam. Jak? Po prostu pisząc ołówkiem na kartce papieru.

Węgiel – metamorfoza
Atomy tego samego pierwiastka mogą się ze sobą łączyć na różne sposoby. Powstające struktury, choć ich skład jest identyczny, mają różne właściwości chemiczne i fizyczne. Węgiel jest chyba mistrzem w zmienianiu swojej tożsamości. W tzw. węglu amorficznym jest – w największym skrócie – bałagan. Atomy są ułożone w sposób chaotyczny. W diamencie (który też zbudowany jest z atomów węgla) przeciwnie. Idealny porządek. Dzięki temu porządkowi i specyficznym wiązaniom typu sp³ diament jest jednym z najtwardszych znanych materiałów. Miękki jest za to grafit. Składa się z połączonych ze sobą jednoatomowych warstw węgla. To tak jak gdyby ułożyć jedna na drugiej kartki papieru. Każda byłaby warstwą węgla o grubości jednego atomu. Taka jednoatomowa warstwa węgla to grafen. Materiał przyszłości. I bohater tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki.

Przewodnik i izolator
Pisanie ołówkiem w praktyce oznacza zostawianie na kartce kawałków grafenu. Tylko jak teraz z kartki taki płatek o grubości jednego atomu zabrać? Jak coś z niego zrobić? Grafen ma niezwykłe właściwości. Jest lekki, bardzo elastyczny (giętki) i wytrzymały. Na razie jest jedynym materiałem na świecie o grubości zaledwie jednego atomu. Milimetr grafitu składa się aż z 3 milionów jednoatomowych warstw. Grafen jest setki razy mocniejszy niż stal. Ale to dopiero początek. Warstwy grafenowe bardzo dobrze przewodzą ciepło i prąd elektryczny. Znacznie lepiej niż miedź – jeden z najlepszych przewodników na świecie. Z drugiej strony niewielka modyfikacja, dołączenie do niektórych atomów węgla atomu wodoru, powoduje, że grafen (wtedy już zwany grafanem) nie przewodzi prądu. Jeden materiał może być więc doskonałym przewodnikiem, doskonałym izolatorem i mieć cechy wszystkiego, co mieści się pomiędzy. Te niesamowite właściwości elektryczne powodują, że mówiąc „grafen”, wielu myśli „elektronika przyszłości”.