Griaunančios technologijos – 13 grafeno panaudojimo būdų

Pasaulis priartėjo prie revoliucinių permainų slenksčio – permainų, kurios neatpažįstamai pakeis įprastų daiktų, kaip automobiliai, drabužiai, lemputės ir net vanduo, panaudojimą.

Pirmu smuiku atidundančiose permainose griežia nauja stebuklinga medžiaga – grafenas.
Grafenas – dvimatė medžiaga, milijoną kartų plonesnė už žmogaus plauką. Nepaisant tokių mažyčių išmatavimų, grafeno savybės verčia aikčioti – jis 1000 kartų stipresnis už plieną ir 1000 kartų lengvesnis už popierių, greta to – žymiai laidesnis elektrai, nei dabar kompiuterių mikroschemose naudojamas silicis.

Nuo pat grafeno atradimo 2004 metais, tūkstančiai mokslinininkų pradėjo intensyvias jo savybių ir panaudojimo galimybių studijas, kurios jau neužilgo visiškai pakeis pasaulį, kuriame gyvename.

Pateikiame 13 sričių, kuriose jau artimiausiu metu pamatysime didžiules permainas:

1. Greitesni ir pigesni kompiuteriai.
Nors lūkesčiai greitai pakeisti silicį kompiuterių čipuose nepasitvirtino, pernai IBM paskelbė apie pirmą pasaulyje grafeno pagrindu sukurtą ir veikiančią mikroschemą.
Iš kart po šio pranešimo, IBM skyrė dar 3 milijardus dolerių tolesniems grafeno panaudojimo tyrimams ir vystymui.

2. Ilgiau šviečiančios lemputės.
Šių metų kovo mėn. Mančesterio universiteto ir kompanijos „Graphene Lighting“ pastangomis sukurta ir plačiai publikai pristatyta grafenu padengtos LED lemputės prototipas. Kaip teigiama, ji 10% patvaresnė ir tiek pat ekonomiškesnė, o kas svarbiausai, pardavime pasirodys jau šiais metais.

3. Geresnės naftos produktų surinkimo kempinės.
Šių metų balandį, Lawrence Livermore National Laboratory mokslininkai pranešė sukūrę revoliucinį grafeno gamybos būdą, panaudojant 3D spausdinimą. Nuotraukoje matote 3D spausdintuvu atspausdintą grafeninį aerogelį, padėtą ant 10 centų monetos.

4. Super greito pakrovimo talpesnės baterijos.
Viena iš grafeno daugiausiai žadančių savybių yra gebėjimas efektyviai perduoti elektrą.
Ši neįtikėtinas svarbi funkcija bus panaudota kuriant naujo tipo daugkartinio naudojimo baterijas (superkondensatorius), talpinančias žymiai daugiau energijos ir pasikraunančias gerokai greičiau, nei dabartinės.
Teoriškai, mobilus telefonas pasikrautų per kelias sekundes, o automobilis su tokiomis baterijomis vienu pakrovimu nuvažiuotų iki 800 km, dvigubai daugiau nei šiuo metu pažangiausias pasaulyje elektromobilis Tesla.

5. Lankstoma elektronika.
Viena iš priežasčių, dėl kurių Tesla automobiliuose nėra naudojamos grafeno baterijos, yra nepaprastai didelės grafeno gamybos išlaidos. Kad pagreitinti procesą, sugalvota nauja gamybos technologija, panaši į plieno legiravimą. Primaišant tam tikrų cheminių medžiagų gaunamas skystis, kurį jau galima panadoti medžiagų grafeno pagrindu gamybai. Skysto grafito mišinys, kartais vadinamas grafeno rašalu, turi daugelį kitų panaudojimo sričių, įskaitant spausdintą, lanksčią elektroniką –  pakankamai ploną, kad perlenkti, susukti ar glamžyti. Tiesą sakant, jau dabar galite įsigyti 180 gramų šios medžiagos tik už $175. Tokius „rašalus“ paprastai perka  mokslininkai ir tyrėjai, bet jie prieinami visiems.

6. Patvari bionika (protezai).
Sunku net įsivaizduoti, kaip skaudžiai varginantis yra rankos ar kojos praradimas. Protezai kažkiek padeda, bet jie toli gražų ne panacėja.
Šiuolaikiniai elektronikos prikimšti bioniniai protezai revoliucionizavo šią medicinos sritį, o grafeno panaudojimas vaidins lemiamą rolę ateities įrenginiuose. Teoriškai, grafeną bus galima panaudoti elektros impulsų tarp žmogaus ląstelių perdavimui, kas leistų protezus valdyti mintimis.
Greta to, grafenas, kaip atrodo, nesąveikauja su krauju ar kitais kūno skysčiais,
todėl gali būti saugiai patalpintas kūne ilgesniam laikui.

7. Vandens trūkumo pabaiga.
Visame pasaulyje apie 783 milijonus žmonių neturi priegos prie švaraus geriamo vandens, tačiau grafenas greitai tai pakeis. Kovo mėnesį mokslininkų komanda iš Oak Ridge National Laboratory pranešė apie specialios membranos sukūrimą, kuri bus naudojama sūraus vandens filtravimui – vadinamam nudruskinimo procesui. Grafenas šiaip nepralaidus vandeniui, tačiau mokslininkai sugebėjo įterpti į jį poras, pakankamai dideles prasiskverbti vandens molekulėms, bet mažas, kad blokuotu druską. Testų metų tokia membrana atfiltravo beveik 100% druskos.

8. Stipresnės ir lengvesnės kulkų nepramušamos liemenės.
Žinome, jog grafenas stiprus, bet kiek?
Pernai tyrimo metu buvo šaudoma nedidelėmis aukso kulkomis, kurios skriejo 3 kart greičiau nei paleistos iš automato AK-47. Rezultatas – grafeno stiprumas du kart viršijo kevlaro stiprumą, tradiciškai naudojamo nuo kulkų saugančių liemenių gamyboje. Kol kas panaudoti grafeną per brangu, bet perspektyvoje pritaikymas tikrai neapsiribos liemenėmis.

9. Nedūžtantys mobilių telefonų ekranai.
Esate kada sudaužę mobilaus telefono ekraną? Jo pakeitimas paprastai kainuoja pusę telefono vertės. Yra galybė priežasčių, kodėl grafenas – ideali medžiaga ekranų gamybai. Jis permatomas, lengvas, pralaidus elektrai, stiprus ir svarbiausia – plastiškas. Tiesa sakant, grafenas – pati plastiškiausia medžiaga pasaulyje, nes labai plonas. 350 gramų grafeno lengvai padengtų 28 futbolo aikštes.

10. Įpatingai ploni prezervatyvai.
2013 metais Bill and Melinda Gates fondas skyrė 100 000 dolerių Mančesterio universitetui, kad pastarieji sukurtų naujos kartos labiau komfortišką grafeno prezervatyvą. Prezervatyvų dydžiai

11. Dėvima elektronika.
Nepaisant mažų išmatavimų, nešiotis su savaim mobilų telefoną dažnai būna problematiška. O ką, jei jūsų drabužio rankovė bus kartu ir mobilus telefonas? Švarko skvernas ar kuprinė – kaip iPad?
Šių metų gegužę tarptautinė mokslininkų komanda paskelbė integravusi grafeno elektrodus į polipropileno pluoštą. Tai pirmas grafeno integravimo į verpalus atvejis pasaulyje.

12. Ypatingai veiksmingi vandenilinio kuro elementai.
Viena iš grafeno labiausiai žavinčių savybių yra ta, kad kuo daugiau jis tiriamas, tuo nuostabesnių savybių atrandama. Pavyzdžiui, 2014 metais Andre Geim iš Mančsterio universiteto atrado, jog grafenas gali praleisti protonus – savybė, galimai revoliucionizuosianti vendenilio kuro elementus.
Nemažai kompanijų, tokių kaip Tayota, Honda ir Hyundai jau dabar gamina vandeniliu varomus automobilius. Problema tame, kad tokie automobiliai nepakankamai efektyviai panaudoja kurą, kur protonus praleidžiančios membranos, vaidinančios esminę rolę kuro elementų technogijoje, neapsaugo nuo dujų nutekėjmo. Grafenas būtų problemos sprendimas, nes praleidžia protonus geriau, nei dabar naudojamos membranos.

13. Greitesnė ir efektyvesnė apsauga nuo lėktuvų apledėjimo.
Apledėjimas dažnai tampa lėktuvų sudužimo priežastimi. Kovai su juo naudojamos cheminės medžiagos, kuriomis lėktuvas nupurškiamas prieš skrydį. Nors chemikalai apsaugo nuo ledo, jie sunkūs ir didina lėktuvo kuro suvartojimą, be to, nėra ekologiški. Dėl šios priežasties kai kurios kompanijos, kaip Saab AB, kuria ir jau užpatentavo specialų mišinį, gaminamą grafeną maišant su polimerine derva, pasėkoje šiuo mišiniu visam laikui padengiant lėktuvą.
Rezultate susidarytų elektrinis apdangalas, kuris neleistų ledui kauptis ant lėktuvo, nes elektra šildytų padengtą paviršių. Tuo pačių padengimas būtų lengvas, draugiškas aplinkai ir nereikalaujantis kasdienės priežiūros.