Grafén – materiál budúcnosti

V teoretickej rovine existuje táto forma uhlíku, najtenší materiál, aký sa kedy podarilo vyrobiť, už od roku 1947, ale v praxi sa ju podarilo objaviť a vyrobiť až v roku 2004. Zásluhu na tom mal najmä ruský rodák Andre Geim, ktorý sa predtým preslávil tým, že pod jeden z jeho vedeckých článkov sa podpísal aj záhadný Holanďan H.A.M.S. ter Ticha, čo nebol nik iný ako jeho škrečok (hamster) Tiša.

Grafén je však oveľa serióznejší objav, ktorý môže mať výrazný vplyv na vývoj elektroniky, či už vo forme solárnych panelov, dotykových obrazoviek alebo rôznych súčiastok do počítačov. Čím je teda grafén taký nezvyčajný? Predovšetkým svojou dvojrozmernosťou a skvelými vodivými vlastnosťami, pretože množstvo zrážok elektrónov je veľmi nízke, takže ich nemá príliš čo spomaľovať. Americký gigant IBM už dokázal vyrobiť tranzistor, v ktorom došlo k prerušeniu a obnoveniu elektrického prúdu 26-miliárdkrát za sekundu, čo v trocha zrozumiteľnejšej reči predstavuje frekvenciu 26 gigahertzov.

Toto je dôležité najmä preto, že kremík a ďalšie materiály, ktoré sa dnes používajú v polovodičoch, sú už blízko hranice svojej efektivity, najmä zmenšovania a integrovania. Ak by sa nepodarilo nájsť spôsob, ako túto bariéru prelomiť, nebolo by ďalej možné zvyšovať výkon počítačov a zároveň ich zmenšovať. V januári 2010 sa po prvý raz podarilo zostrojiť grafén dostatočnej veľkosti (aspoň 50 milimetrov štvorcových) pre praktické použitie, ktorý si zároveň zachoval všetky dôležité vlastnosti.

Už o niekoľko mesiacov neskôr dokázali kórejskí výskumníci vytvoriť obdĺžnik s uhlopriečkou 76 centimetrov. To už je dostatočný rozmer na televíznu obrazovku, aj keď od experimentov k masovej výrobe je ešte stále ďaleko.

Ako to už v začiatkoch každej technológie býva, najväčšou prekážkou prvotného rozmachu je vysoká cena. Zhruba pred rokom ešte stála výroba vzorky hrubej ako ľudský vlas tisíc dolárov, čo z neho robilo v danom čase najdrahší materiál v dejinách. Ak sa však grafén ukáže byť životaschopnou látkou, jej častejšie využívanie cenu prudko zrazí dole.

O komerčnom využití sa hovorí v horizonte od dvoch-troch do desiatich rokov, čo je zhodou okolností čas, kedy sa očakáva dosiahnutie hranice využitia potenciálu kremíka. Sektoru počítačových technológií by tak nehrozilo náhle zastavenie pokroku. Skeptici však poukazujú na to, že to môže trvať aj dlhšie a poukazujú na niekoľko iných materiálov, napríklad uhlíkové nanobtrubice, ktorých aplikácia do praxe trvá dlhšie ako sa pôvodne očakávalo. Treba teda len dúfať, že grafén nebude ako termonukleárna fúzia, ktorá je už niekoľko desaťročí v štádiu „dvadsať rokov do masového využitia“.

Ak sa grafén nakoniec predsa len presadí, tak môže zohrať dôležitú úlohu aj v energetike, a teda aj boji proti globálnemu otepľovaniu. Uhlík, ktorý vo forme uhlia a ropy, momentálne prispieva k zvyšovaniu koncentrácie skleníkových plynov, paradoxne môže prispieť k ich redukcii.

Podľa doktoranda z Juhokalifornskej univerzity Lewisa Gomeza De Rarca, solárne články z grafénu si možno jedného dňa budeme vešať v bytoch ako záclony alebo rolety, prípadne budú vtkané do oblečenia, ktoré tak bude pôsobiť ako nabíjačka vášho mobilného telefónu alebo mp3 prehrávača. Nevýhodou grafénu je, že ako solárny článok nie je príliš účinný, ale zato je ohybnejší a, paradoxne, lacnejší ako indiumcínoxid (ITO), ktorého cena pudko vzrástla vďaka veľkému dopytu. Batérie mobilných telefónov s vrstvou grafénu na povrchu bude možné nabiť v priebehu desiatich minút namiesto dvoch hodín.

Výrazne by mohol pomôcť aj pri skrátení času nabíjania elektrických áut. Britskí aj americkí experti však momentálne skúmajú aj jeho využitie na účinné a bezpečné skladovanie vodíka v nádržiach. To by mohlo priblížiť rozmach vodíkového pohonu áut, ktorý tiež patrí k technológiám, ktoré zatiaľ nesplnili nádeje, ktoré sa do nich pred rokmi vkladali.

Množstvo ďalších využití zostáva ešte stále neznámych, ale v najbližších mesiacoch sa o niektorých z nich možno dozvieme viac. Len v tomto roku sa totiž očakáva zverejnenie tritisíc vedeckých prác o graféne. Zdá sa, že výrok jednej z postáv nedávno vydaného románu Toma McCarthyho C, že „C je všade...uhlík, základný prvok života“, môžu mať ešte širšiu platnosť než doteraz.