Grafenul ar putea fi unul dintre cele mai utile materiale din lume. Deși are o grosime de doar un atom de carbon, este de multe ori mai puternic decât oțelul și, în plus, este foarte flexibil.
De când a fost izolat pentru prima dată de cercetători în 2004, lista brevetelor care implică grafenul a crescut exponențial în fiecare an. S-ar putea să nu mai dureze mult până când acest supermaterial va da naștere unei revoluții tehnologice care ar putea schimba cu adevărat lumea.
Iată câteva invenții importante bazate pe grafen pe care le așteptăm cu nerăbdare în viitorul apropiat.
1. Combustibil din aer
Aceiași cercetători care au câștigat Premiul Nobel pentru izolarea grafenului, Andre Geim de la Universitatea din Manchester și colegii săi, au arătat că grafenul ar putea fi folosit pentru a crea generatoare electrice mobile alimentate cu hidrogen extras din aer. Echipa lui Geim a descoperit că, deși grafenul este impermeabil chiar și pentru cei mai mici atomi, poate fi folosit pentru a cerne atomi de hidrogen lipsiți de electronii lor.
Acest lucru înseamnă că peliculele de grafen ar putea fi folosite pentru a îmbunătăți semnificativ eficiența membranelor conductoare de protoni, care sunt componente esențiale ale tehnologiei celulelor de combustibil. Geim își imaginează un viitor în care vehiculele ar putea fi alimentate doar cu cantitățile minuscule de hidrogen din aerul ambiental. „În esență, îți pompezi combustibilul din atmosferă și obții electricitate din el”, a spus Geim.
2. Protecție împotriva țânțarilor
Aceeași impermeabilitate care intervine în cazul celulelor de combustibil deschide și alte posibile utilizări pentru grafen, inclusiv ținerea la distanță a țânțarilor. În această aplicație, cercetătorii au găsit două modalități de a bloca aceste insecte mortale.
Straturi de grafen pot bloca capacitatea țânțarilor de a detecta substanțele chimice asociate pielii sau transpirației, au descoperit cercetătorii de la Universitatea Brown, oferind potențialul unei abordări neobișnuite, nechimice, pentru a le face față. Pe lângă asta, straturile oferă o barieră fizică pe care țânțarii pur și simplu nu o pot mușca. Munca lor, publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences, s-a concentrat inițial pe soluția mecanică, dar a descoperit rapid cealaltă abilitate secretă a grafenului.
„Cu grafenul, țânțarii nici măcar nu aterizau pe plasturele de piele – pur și simplu nu păreau interesați”, a declarat Cintia Castillho, doctorandă la Brown și autor principal al studiului, într-un comunicat de presă al Universității Brown. „Am presupus că grafenul ar fi o barieră fizică împotriva mușcăturilor, prin rezistența la puncție, dar când am văzut aceste experimente am început să credem că este și o barieră chimică ce împiedică țânțarii să simtă că există cineva acolo.”
Următorul pas este să se lucreze la crearea unei versiuni a barierei de grafen care să funcționeze la fel de eficient atunci când este umedă ca și atunci când este uscată, deoarece țânțarii au reușit să-și treacă fasciculul, sau aparatul de hrănire, prin material atunci când acesta era umed.
3. Mai multă apă potabilă disponibilă
Grafenul ar putea ajuta la rezolvarea crizei mondiale de apă. Membranele din grafen pot fi suficient de mari pentru a lăsa apa să treacă, dar suficient de mici pentru a filtra sarea. Cu alte cuvinte, grafenul ar putea revoluționa tehnologia de desalinizare. Cercetătorii de la MIT au constatat „că permeabilitatea la apă a acestui material este cu câteva ordine de mărime mai mare decât cea a membranelor convenționale de osmoză inversă și că grafenul nanoporos ar putea juca un rol valoros în purificarea apei”.
De fapt, un tip de grafen s-a dovedit atât de eficient în filtrarea apei încât a făcut ca probele de apă din portul Sydney să fie sigure pentru băut după ce au trecut prin filtru o singură dată. Într-un studiu publicat în Nature Communications, cercetătorii de la Organizația Australiană pentru Cercetare Științifică și Industrială a Commonwealth-ului (CSIRO) au folosit o formă de grafen numită „Graphair” pentru a face apa de mare potabilă după un singur tratament.
„Această tehnologie poate crea apă potabilă curată, indiferent cât de murdară este, într-un singur pas”, a declarat Dong Han Seo, om de știință la CSIRO, într-un comunicat. „Tot ce este necesar este căldura, grafenul nostru, un filtru cu membrană și o pompă mică de apă. Sperăm să începem testele pe teren într-o comunitate din lumea în curs de dezvoltare anul viitor.”
Cercetări suplimentare publicate în Materials Science & Engineering C în 2019 au dus acest concept un pas mai departe, făcând necesitatea clorinării inutilă. Oamenii de știință de la Universitatea Națională de Știință și Tehnologie (MISiS) din Rusia și alții au arătat că, prin injectarea oxidului de grafen într-o soluție care conține E.coli, grafenul „capturează” bacteriile formând fulgi, conform Eureka Alert. Odată ce fulgii au fost îndepărtați din soluție, apa era potabilă și grafenul putea chiar fi reutilizat.
4. Electronică
Uitați de Silicon Valley; viitorul ar putea sta în Graphene Valley. Astăzi, dispozitivele noastre electronice se bazează pe siliciu ca o componentă cheie, dar tranzistorii din siliciu se apropie de dimensiunea minimă la care pot fi eficienți, ceea ce înseamnă că viteza dispozitivelor noastre va stagna în curând. Cu toate acestea, natura ultra-subțire a grafenului ar putea fi răspunsul la această problemă. S-ar putea să nu mai dureze mult până când grafenul va înlocui siliciul în dispozitivele noastre electronice, făcându-le mai rapide ca niciodată.
Grafenul va face, de asemenea, posibilă construirea de ecrane tactile super subțiri și flexibile, care ar fi practic incasabile. Nu va trebui să vă mai faceți griji că vă spargeți smartphone-ul.
În 2018, cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) și Universitatea Harvard au dezvăluit că grafenul poate avea proprietăți electronice chiar mai surprinzătoare. Poate fi reglat să se comporte la două extreme electrice: ca izolator sau ca supraconductor. Cu alte cuvinte, același material poate fie bloca fluxul de electroni, fie conduce un curent electric fără rezistență.
„Putem folosi acum grafenul ca o nouă platformă pentru investigarea supraconductibilității neconvenționale”, spune Pablo Jarillo-Herrero, profesor asociat de fizică la MIT, într-un comunicat. „Se poate imagina, de asemenea, realizarea unui tranzistor supraconductor din grafen, pe care îl poți porni și opri, trecând de la supraconductibil la izolator. Acest lucru deschide multe posibilități pentru dispozitivele cuantice.”
5. Vedere de prădător
Filmul clasic de acțiune SF „Predator” prezintă un asasin extraterestru care are abilitatea de a vedea lumea în infraroșu termic. Acum, datorită grafenului, s-ar putea să puteți avea vedere de „Predator”. Cercetătorii de la Universitatea din Michigan au dezvoltat o lentilă de contact din grafen care permite purtătorului să simtă întregul spectru infraroșu — plus lumina vizibilă și ultravioletă.
„Dacă o integrăm cu o lentilă de contact sau cu alte electronice portabile, îți extinde vederea”, a declarat Zhaohui Zhong, unul dintre cercetătorii care dezvoltă tehnologia. „Îți oferă o altă modalitate de a interacționa cu mediul tău.”
6. Un prezervativ mai bun
Grafenul ar putea chiar avea capacitatea de a vă îmbunătăți viața sexuală. Prezervativele fabricate din grafen pot fi super-subțiri, ceea ce înseamnă mai multă senzație. De asemenea, ar fi super-rezistente, ceea ce înseamnă că sunt mai puțin susceptibile de a se rupe — adevăratul test pentru orice prezervativ.
„Dacă acest proiect va avea succes, am putea avea o utilizare pentru grafen care ne va atinge viața de zi cu zi în cel mai intim mod”, a declarat Aravind Vijayaraghavan, omul de știință specializat în materiale care conduce cercetarea prezervativelor din grafen, în 2013.
Căutarea unui prezervativ din grafen a fost mai lentă decât se așteptau unii susținători, dar progresează. Fundația Bill și Melinda Gates a făcut furori în 2013 când a finanțat cercetări privind prezervativele din grafen, iar deși acest efort a stagnat puțin, a demonstrat suficient potențial pentru a obține finanțare suplimentară. Între timp, cel puțin o companie s-a alăturat tendinței cu un „prezervativ inspirat de grafen„, care nu utilizează de fapt grafen, dar împrumută structura sa hexagonală.
7. O lume fără rugină
Deoarece grafenul este practic impermeabil, un strat de vopsea pe bază de grafen ar putea fi folosit într-o zi pentru a elimina coroziunea și rugina. Cercetătorii au arătat chiar că obiecte din sticlă sau plăci de cupru acoperite cu vopsea de grafen pot fi folosite ca recipiente pentru acizi puternic corozivi.
„Vopseaua de grafen are șanse mari să devină un produs cu adevărat revoluționar pentru industriile care se ocupă de orice fel de protecție, fie de aer, elemente meteo sau substanțe chimice corozive”, a declarat Rahul Nair, unul dintre cercetătorii care dezvoltă tehnologia. „Printre acestea se numără, de exemplu, industria medicală, electronică și nucleară sau chiar construcția de nave, pentru a numi doar câteva.”
8. Tapet strălucitor
Pereții strălucitori ar putea în curând să înlocuiască becul, datorită dezvoltării noii tehnologii de electrozi pe bază de grafen care face ecranele mai subțiri ca niciodată. Un astfel de „tapet” strălucitor oferă o lumină mai plăcută și reglabilă într-o cameră decât pot oferi becurile și poate fi, de asemenea, mai eficient energetic. Și, să recunoaștem, puține lucruri par mai futuriste decât pereții luminați, ca în „Tron”.
„Folosind grafen în locul electrozilor metalici convenționali, componentele viitorului vor fi mult mai ușor de reciclat și, prin urmare, atractive din punct de vedere ecologic”, a declarat Nathaniel Robinson de la Universitatea Linköping, unde tehnologia este în curs de dezvoltare.
9. Oameni bionici
Dacă vă simțiți deja prea integrați cu tehnologia, n-ați văzut nimic încă. Cercetările în domeniul grafenului duc acum la experimente în care electronicele se pot integra cu sistemele voastre biologice. Practic, s-ar putea să fie posibilă în curând implantarea cu dispozitive din grafen care pot citi sistemul nervos sau pot comunica cu celulele voastre.
Acest lucru ar putea duce la progrese în știința medicală, ajutând medicii să vă monitorizeze corpul sau chiar să vă ajusteze sistemele biologice pentru o sănătate optimă. Tehnologia ar putea, de asemenea, să ajute pasionații de fitness să-și urmărească și să-și monitorizeze regimurile de antrenament.
10. Vopsele de păr mai bune și mai sigure
Acest lucru s-ar putea să nu schimbe lumea la fel de mult ca alte aplicații, dar grafenul a demonstrat, de asemenea, potențial ca o alternativă mai sigură la vopselele toxice de păr. Într-un studiu din 2018, cercetătorii de la Universitatea Northwestern raportează că grafenul nu numai că poate egala performanța vopselelor permanente de păr, dar o poate face fără solvenți organici sau ingrediente moleculare toxice. Pe lângă asta, poate oferi părului proprietăți antibacteriene, antistatice și de disipare termică îmbunătățite.
Cercetătorii au pulverizat un gel de oxid de grafen pe păr uman blond și l-au lăsat să se usuce timp de 10 minute. Șuvițele de păr au fost acoperite cu o peliculă de grafen groasă de doar 2 microni, care se pare că a rămas pe loc chiar și după 30 de spălări. Proprietățile antistatice ar putea oferi beneficii estetice suplimentare, iar stratul nu ar trebui să dăuneze părului sau sănătății, spun autorii studiului.
„Aceasta este o idee inspirată de curiozitate. A fost foarte distractiv să o facem, dar nu suna foarte mare și nobilă când am început să lucrăm la ea”, spune autorul principal Jiaxing Huang, om de știință specializat în materiale la Northwestern, într-un comunicat. „Dar după ce ne-am adâncit în studiul vopselelor de păr, ne-am dat seama că, uau, aceasta nu este deloc o problemă mică. Și este una pe care grafenul ar putea ajuta cu adevărat să o rezolve.”
11. Armură antiglonț
Având în vedere cât de subțire și rezistent este grafenul, pare inevitabil să fie folosit și pentru a construi veste antiglonț îmbunătățite. Într-adevăr, cercetătorii au descoperit că foile de grafen au absorbit de două ori mai mult impact decât Kevlarul, materialul utilizat frecvent în vestele antiglonț. De asemenea, o îmbunătățire față de Kevlar, grafenul este super-ușor și, prin urmare, mai puțin restrictiv de purtat. Descoperirea ar putea ajuta la menținerea în siguranță a soldaților și ofițerilor noștri de aplicare a legii atunci când sunt ținta focurilor de armă. Natura subțire a grafenului ar putea duce chiar la dezvoltări în alte suprafețe antiglonț, cum ar fi ferestrele.
