Vai grafēns varētu būt jauns supermateriāls, kas pārveido velosipēdu nozari, atklājot zīmuļa traipus?
Patiesībā grafēns ir vienkāršs materiāls. Tas ir viens oglekļa atomu slānis, kura biezums ir 0,3 nanometri - miljons reižu plānāks nekā šī žurnāla papīrs. Tomēr tas ir 150 reizes stiprāks par tēraudu un par 20% elastīgāks. Tas vada elektrību labāk nekā varš vai zelts ar ātrumu viens miljons metru sekundē. Tas ātri izdala siltumu. Tā ir caurspīdīga, kā arī pilnīgi necaurlaidīga, un tai vajadzētu būt tādai pašai ietekmei 21. gadsimtā kā oglekļa šķiedrai 20. gadsimtā un tēraudam 19. gadsimtā. Nav brīnums, ka divi Mančestras universitātes materiālu zinātnieki, kas to atklāja 2003. gadā, Andrē Geims un Konstantīns Novoselovs, tika ātri vien iegūti Nobela prēmijā un bruņinieku kārtās. Bet kāds tam sakars ar velosipēdiem?
Grafēna pirmie lietotāji
Tirgū sāk nonākt pirmie riteņbraukšanas produkti, kas satur grafēnu. Vittoria izmanto grafēnu savos jaunākajos oglekļa Korāna lokos (skatiet 20. lpp.), un arī Catlike izmanto to savā Mixino ķiverē. Pielāgotu oglekļa karkasu būvētājs Ričards Kredoks no Craddock Cycles saka: “Šobrīd par grafēnu ir liels satraukums, taču tie ir tikai pirmie mēģinājumi. Tāpat kā jebkura jauna materiāla, tā pilns potenciāls vēl nav zināms, taču, visticamāk, maksimālais ieguvums ir nevis kā oglekļa aizstājējs, bet gan kā uzlabojums. Es to izmantotu, kad tas ir pierādīts.’
Pols Wiper, Mančestras Universitātes Nacionālā grafēna institūta zinātniskais līdzstrādnieks, saka: Grafēns var uzlabot kompozītmateriālu mehāniskās īpašības, jo tas var sadalīt spriedzi, pievienojot epoksīdsveķu matricai, un padarīt to stingrāku. Tomēr jums ir jāpanāk līdzsvars. Daudz grafēna, teiksim, 10 vai 20% no matricas, padarītu to patiešām stīvu, taču tā būtu arī trausla.'
Viņa kolēģi pašlaik pilnveido grafēna izmantošanu kompozītmateriālu rāmjos kosmosa vajadzībām, un Spānijas autoražotājs Spania to jau iekļauj savā GTA superauto šasijā. Tātad, vai velosipēdu rāmji varētu būt nākamie? "Nav nekāda iemesla, kāpēc to nevarētu izmantot velosipēdu rāmjos, un esmu pārliecināts, ka kāds pie tiem jau strādā," prognozē Wiper. Vittoria tik ļoti tic grafēnam, tā liek savu naudu tur, kur mute. "Pirms pieciem gadiem man gadījās vakariņot ar Directa Plus, vienas no pirmajām grafēna rūpnīcām Eiropā, dibinātāju, un man radās ideja izmantot grafēnu mūsu produktos," saka Vittoria prezidents Rūdijs Kampagne. “Tad mēs nolēmām tajos ieguldīt, lai būtu līderi.”
Vittoria apgalvo, ka, izmantojot grafēnu jaunajos Qurano oglekļa riteņos, tā ir palielinājusi spieķu caurumu izturību un loka sānu stingrību līdz pat 30%. Bet galvenokārt Campagne entuziasts: “Uzlabotā grafēna siltuma izkliede samazina loka uzkrāto temperatūru [bremzēšanas laikā], saglabājot to krietni zem sliekšņa, kad oglekļa šķiedra sāktu sadalīties.'
Tomēr grafēna pievienošana ogleklim nav tik vienkārša kā cukura pievienošana kafijai. Directa Plus piegādā Vittoria grafēnu kā "nano trombocītus", kas ir tikai trīs līdz septiņus atomus biezi. “Lielais izaicinājums bija panākt gandrīz ideālu grafēna izkliedi epoksīda sveķu galvenajā partijā, kas paredzētas sagatavošanas oglekļa loksnēm,” saka Campagne.
Iedvesmas šķēle
'Cilvēki gadu desmitiem ilgi spekulēja, ka grafēns eksistē oglekļa materiālu, piemēram, grafīta, ogļu un dimanta, alotropos, taču neviens nezināja, kā to izveidot kā vienu divdimensiju slāni,”saka Wiper. Iedvesmotā brīdī Geims un Novoselovs sāka ar kristāliskā grafīta traipu – faktiski zīmuļa zīmi –, kas sastāv no vairākiem, sakrautiem grafēna slāņiem, un, izmantojot līmlenti, viņi noņēma daļu grafīta. Būdami ziņkārīgi, viņi to darīja atkal un atkal, līdz beidzot izolēja vienu slāni – tīru grafēnu. Pēc tam viņi to pārbaudīja.
‘Parasti, kad materiālus padara plānākus un plānākus, to īpašības pasliktinās,” saka pats Geims. "Bet ar grafēnu mēs atklājām, ka lietas kļuva tikai labākas."
Laboratorijas visā pasaulē tagad ražo grafēnu dažādos veidos, ar dažādu tīrības pakāpi, atšķirīgu paraugu izmēru un partiju daudzumu. Piemēram, Catlike saka, ka izmanto nanošķiedras, lai saglabātu savu Mixino ķiveru izturību, kas tagad ir par 10 g vieglākas nekā iepriekšējie modeļi. Citi to izmanto nano lentu veidā, un Samsung un Sony apgalvo, ka ir izgudrojuši veidus, kā izgatavot nepārtrauktas loksnes. Tomēr, iespējams, pārsteidzoši ir tas, ka tas nav pārāk dārgs. Jūs varat iegādāties kilogramu nano trombocītu par mazāk nekā £150. Tā kā tiek radītas arvien vairāk materiāla versiju, ir skaidrs, ka vārda “grafēns” izmantošana mārketinga materiālos radīs neskaidrības patērētājos. Būs sarežģīti noskaidrot, vai produkts, kas apgalvo, ka tas ir “pastiprināts ar grafēnu”, patiešām satur submikroskopisku materiālu, vai arī tas dod kādu labumu. Tā ir nepilnība, ko negodīgie var izmantot.
'Laboratorija varētu pārbaudīt materiālu, lai noskaidrotu, vai tas darbojas, kā norādīts, taču jums ir jāveic ķīmiskais tests, lai pārliecinātos, ka tajā ir grafēns, saka Wiper. Tā kā grafēns pastāv lielākajā daļā oglekļa veidu, pat ogļu putekļos, tas varētu būt Trades Description Act elle. Bet pareizajās rokās tās solījums riteņbraukšanas nozarei ir milzīgs. Iespējamie grafēna izmantošanas veidi ietver korozijas novēršanu uz atklātām daļām, piemēram, diskiem, ķēdes gredzeniem un spieķiem, vai, ja tās ir iestrādātas oglekļa komponentos, grafēna nanošķiedras var vadīt elektrību vai pat pārsūtīt datus. Tas samazinātu elektronisko pārslēgšanas un velosipēdu datoru kabeļu skaitu. Alternatīvi tas varētu veidot deformācijas mērītājus oglekļa centrmezglos, kloķos, pedāļos, ķēdes gredzenos vai apavu zolēs, kur tā nanošķiedras samazinātu sarežģītību un, iespējams, samazinātu jaudas mērītāju cenu.
Nano-dimanti jau ir pārklāti ar grafēnu, lai radītu super-smērvielas, kas varētu novērst gandrīz visu gultņu berzi, un īpaši spilgtas, ar grafēnu uzlabotas gaismas diodes tiek solītas jau nākamgad. Grafēna superkondensators potenciāli var uzglabāt vairāk enerģijas nekā jebkurš esošais akumulators, tāpēc būtu iespējami arī ievērojami vieglāki elektroniskie pārslēgšanas komponenti. Turklāt tiek veikti arī izmēģinājumi par grafēna elektrodu iegulšanu polipropilēna šķiedrās, tāpēc pastāv pat zināma iespēja nākotnē iekļaut apģērbu apģērbā. Šobrīd tas ir hipotētiski, taču var būt brīdis, kad jūsu krekls un šorti kļūst gudri, uztverot jūsu sirdsdarbības ātrumu, asinsspiedienu, temperatūru, svīšanas ātrumu un pat atsevišķu muskuļu darbību. Šķiet, ka tā izmantošanai un priekšrocībām ir maz ierobežojumu.
'Grafēns acīmredzami ir tik jauns, ka tā pielietojumu tikai tagad sāk pētīt,”saka Kampagne. “Būs vajadzīgi daudzi fundamentālu un lietišķu pētījumu gadi, lai izstrādātu lieliskus jaunus esošo produktu uzlabojumus vai jaunus lietojumus un uzlabojumus. Ceļojums ir tikai sākums.’
