Chceme umět přenést grafen na jakoukoli plochu, říká o budoucím využití slibného materiálu vědec

4. červen 2018
Mnohovrstvý grafen dokáže odolat vystřeleným kulkám

Grafen je nejtenčí známý materiál. Jde o jednu vrstvu uhlíku, která strukturou připomíná včelí plástev. Jaké jsou možnosti jeho využití? Stane se jednou materiálem přelomovým? Hostem Magazínu Leonardo byl Martin Kalbáč z Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského Akademie věd České republiky.

„O grafenu se vědělo už dříve, ale myslelo se, že nebude stabilní, protože je tvořen jednou vrstvou. Teoretikové předpověděli řadu jeho vlastností, takže vznikl tlak na to, aby bylo co nejvíce aplikací s grafenem,“ uvedl vědec.

Jednou z možných aplikací je transistor. „V něm může být grafen po úpravách použit jako náhrada křemíku. Výhodou je menší velikost těchto součástek.“

Přesto ale grafen není jen obyčejnou náhradou křemíku. Má nové vlastnosti, což může vést k objevu nových principů použitelných u elektrických součástek.

Grafen je polokov. Není to ani kov, ani polovodič. Jedna vrstva grafenu není ani supravodič, ani izolátor. Jeho vlastnosti se mění v závislosti na tom, co s ním děláme, takže jde o ideální ukázku toho, jak se proměňují vlastnosti nanomateriálů.
Martin Kalbáč

„Když v oblasti nanometrů změníte tloušťku nebo počet vrstev materiálu, tak můžete měnit například vodivost. U grafenu záleží na tom, jak na sebe jeho dvě vrstvy položíte, v jakém úhlu. Když ho trochu změníte, začne se chovat jako supravodič,“ vysvětlil Kalbáč.

I přes tyto pozoruhodné vlastnosti bude grafen výhodný jen pro určité aplikace. „Je potřeba hledat, která aplikace bude s vlastnostmi tohoto materiálu sladěna.“

Významnou oblasti využití grafenu mohou být senzory. „U nich očekáváme, že budou velmi malé a velmi citlivé. Grafen, protože je tvořen pouze povrchem, může interagovat s molekulou, kterou zkoumáme, ale zároveň může fungovat jako měřící element.“

Senzory jsou v dnešní době všude, připomněl vědec. „Většina domácností má třeba senzor proti požáru, ale najdeme je v automobilech, kdy měří tlak v pneumatikách nebo teplotu, jsou zkrátka na každém kroku.“

Není v zájmu nahrazovat grafenem materiály, které v současné době fungují... Je potřeba hledat, která aplikace bude s vlastnostmi tohoto materiálu sladěna.
Martin Kalbáč

Obtíž ale stále představuje výroba tohoto zajímavého materiálu. „Dříve šlo vyrobit jen malé kusy... Jednou z novějších metod je chemická exfoliace grafitu, ale tak získaný grafen má špatnou kvalitu a jeho vlastnosti jsou podobné grafitu.“

Přesto způsoby, které umožní získat kvalitní materiál, existují. „Je zde metoda depozice chemických par. Ta spočívá v tom, že se metan žene do pece s měděnou podložkou. Na té se metan skládá a vytvoří monovrstvu grafenu.“

„Ani tak ale nevznikne materiál, který by byl vhodný pro supravodiče, takže je pořád prostor pro zlepšení. Hlavním cílem je mít možnost grafen přenést na jakýkoli požadovaný povrch,“ popsal hlavní podmínku nutnou pro využití grafenu Martin Kalbáč.