Colegiul Național ”Nicolae Bălcescu” Brăila În acest moment în marile laboratoare de cercetare din lumea întreagă, omenii de știință sunt foarte… [612010]

GRAFENUL, MATERIALUL -MINUNE

Gîrbăcea Răzvan – Andrei
Colegiul Național ”Nicolae Bălcescu” Brăila

În acest moment în marile laboratoare de cercetare din lumea întreagă, omenii de
știință sunt foarte preocupați de un material care ar putea în viitor să se impună în
industrie: grafenul. Când evocăm tehnologiile viitorului, oricare ar fi teritoriul explorat,
regăsim pista grafenului: ecrane subțiri de smartphone, wearable s, baterii cu încărcare
rapidă, biotehnologii, calculator ul cuantic … Aplicațiile în s tudiu – sau deja comercializate
– sunt nenumărate. Grafenul, material minune al secolului XXI ?

Ce este grafenul
Dacă ați scris vreodată cu un creion, ați produs probabil grafen fără să vă dați seama.
Astăzi cel mai subțire material din lume este pregătit să revoluționeze aproape orice parte din
viața cotidiană. În 2010, doi cercetători de la Universitatea din Manchester deveneau laureații
Premiului Nobel pentru descoperirea unui „material minune”: grafenul, cel mai subțire dintre
toate materialele care ex istă în Univers. De la identificarea acestui material și până astăzi,
oamenii de știință din diferite domenii i -au găsit numeroase utilizări acestui material versatil
ce are potențialul să ne transforme viața în următoarele decenii.
Cel mai simplu mod de a descrie grafenul este că Grafenul este un strat subțire de
grafit – materialul moale, ieftin folosit la creioane. Grafenul este format din grafit, iar un
creion de plumb este alcătuit din milioane de straturi de grafen. Aceste straturi sunt “alipite”
ușor între ele, de aceea alunecă unul de pe celălalt atunci când un creion este mișcat de -a
lungul foii de hârtie.
Grafenul este compus în totalitate din carbon, la fel ca diamantul și cărbunele. Spre
deosebire de aceste materiale, atomii de carbon ce formeaz ă grafenul sunt așezați în „fâșii”
bidimensionale, făcând acest material extraordinar de rezistent și totodată flexibil.
Grafenul are o structură chimică incredibil de simplă. O foaie de grafen este alcătuită
dintr -un singur strat de atomi de carbon, dis puși într -o rețea hexagonală, având o structură
rigidă. Acest lucru face ca grafenul să fie cel mai subțire material realizat vreodată. Pentru a
atinge o grosime totală de un milimetru sunt necesare 3 milioane de straturi de grafen
alăturate. Din cauza sub țirimii lor , foile de grafen luate separat sunt transparente. În ciuda

acestui lucru, grafenul este atât de dens încât nici heliul, cel mai mic atom de gaz, nu poate
trece prin el.
De asemenea, este și materialul cu cea mai mare rezistență mecanică cunoscu tă de
omenire. Potrivit unui calcul, pentru a trece prin acea foaie de grafen, un elefant ar trebui să
exercite o forță incredibil de mare, balansându -se cât mai tare. În ciuda rezistenței sale,
grafenul este extrem de sensibil și poate fi întins cu aproxi mativ 20% mai mult fără a suferi o
daună.

Istoria grafenului
Istoria grafenului este destul de recentă. Metoda prin care Andre Geim și Kostya Novoselov
au obținut grafenul este una extrem de simplă: cei doi cercetători de la Universitatea din
Manchester au aplicat o bandă adeziv ă peste o bucată de grafit, detașând din ea prin
desprinderea benzii , fulgi de grafit. Folosind alte bucăți de bandă adezivă, ei au dezlipit
straturi succesive de grafit, subțiind fulgii. Apoi, banda adezivă a fost dizolvată în acet onă, iar
stratul de grafit rezultat a fost lipit de o plăcuță de siliciu. Unii fulgi, măsurând doar un atom
în grosime, s -au atașat de plăcuța de siliciu. Proprietățile superioare ale grafenului justifică
supranumele de «material minune»”, consideră Kostya Novoselov, profesorul care a izolat
pentru prima dată acest material în 2004, alături de Andre Geim, la Universitatea din
Manchester.

Aplicațiile grafenului
Trăsăturile extraordinare ale grafenului fac posibilă utilizarea lui în nenumărate
domenii. Profe sorul Geim consideră că este imposibil de identificat cea mai promițătoare
schimbare pe care o poate provoca. „Gama posibilelor utilizări este atât de vastă și se dezvoltă
cu o asemenea viteză încât a ne concentra pe una singură ar însemna să subestimăm
amploarea efortului științific în desfășurare”, a explicat laureatul premiului Nobel în 2010 .
În electronică, grafenul ar putea fi folosit pentru producerea de tranzistori ultrarapizi,
display -uri flexibile , dispozitivele de tipul ceasului inteligent sau LED -uri. Depus pe sticlă,
grafenul o transformă în conductor păstrându -și însă tran sparența. Poate fi de asemenea folosit
pentru a fabrica baterii fotovoltaice sau diode electroluminescente (LED), putând astfel fi
susceptibil de a înlocui principalul material utilizat în ecranele tactile, mai puțin performantul
oxid de indiu staniu, foarte rar și toxic. Ar putea permite crearea bateriilor subțiri sau creșterea
semnificativă a vitezei de încărcare.

„Ecranele de tip touch screen care au grafenul drept element co nductiv pot fi tipărite pe
plastic foarte subțire, în loc de sticlă, astfel că ar fi ușoare și flexibile. Telefoanele mobile ar
putea fi la fel de subțiri ca o coală de hârtie, fiind atât de ușor de îndoit încât ar intra în orice
buzunar. Datorită rezisten ței extraordinare a grafenului, aceste telefoane ar fi foarte greu de
distrus”, explică specialiștii American Chemical Society. Cercetatorii Samsung au reusit sa
dezvolte un cristal de grafen de dimeniuni mari, reusind astfel sa pastreze nivelul ridicat de
conductivitate, scrie The Telegraph.
Conform Business Insider, grafenul poate asigura o conexiune la Internet de 100 de ori mai
rapida, iar "materialul minune" este de un milion de ori mai subtire decat hartia.
De asemenea, grafenul ar putea permite conce perea unor panouri solare ușoare și
flexibile, care ar putea acoperi toate suprafețele exterioare ale clădirilor, nu doar acoperișul.
Grafenul absoarbe doar 2% din lumina care îl atinge, indiferent de lungimea de undă. De
asemenea, este un foarte bun condu ctor electric. Astfel, dacă o celulă fotovoltaică este
amplasată între două straturi de grafen, lumina ar tranzita grafenul și ar atinge celula
fotovoltaică. Aceasta ar genera electricitate, care ar fi transportată cu ajutorul straturilor de
grafen. Combin ația ar permite crearea de panouri solare flexibile ce pot fi folosite în
nenumărate feluri: pe automobile, haine, genți, dispozitive electronice sau pe oricare altă
suprafață atinsă de lumină. Așadar, grație grafenului, energia solară ar putea deveni mult mai
ușor de folosit și mai răspândită decât ne -am putea imagina astăzi.
De asemenea, folosirea grafenului în materiale compozite ar permite îmbunătățirea
structurii aripilor de avion, ceea ce le -ar reduce acestora greutatea.
În medicină, grafenul ar put ea fi folosit pentru conceperea de țesuturi și retine
artificiale și pentru a transporta medicamentele la țesutul care are nevoie de ele . Pentru că
acest material este subțire, flexibil și rezistent la soluțiile sărate ce formează țesuturile vii,
grafenul este un material ideal pentru conceperea dispozitivelor bionice. Spre deosebire de
elementele metalice, care rezistă în corpul uman doar câțiva ani, dispozitivele din grafen pot fi
utilizate toată viața. De asemenea, pentru că grafenul este conductor elect ric, el ar putea fi
folosit pentru a transmite impulsuri electrice către neuroni, permițând oamenilor paralizați să –
și recapete controlul asupra membrelor în urma unui accident soldat cu vătămarea măduvei
spinării.
Recent, există speranțe că ”materialul m inune” ar putea distruge cancerul. Cercetătorii de la
Universitatea Manchester din Marea Britanie au folosit materialul din carbon cu structură 2D
pentru a ținti și a neutraliza celulele stem canceroase. Folosind un derivat al grafenului numit oxid
de graf en, aceștia au observat că grafenul poate acționa ca un agent anticancer, inhibând creșterea

tumorilor care apar la începutul bolii. Celulele tratate cu oxidul de grafen s -au transformat în celule
noncanceroase , materialul fiind pe celulele canceroase de d iverse tipuri (de la cancer de sân,
pancreatic, pulmonar, cerebral, ovarian și de prostată) .
Cu aplicații și în industria textilă, s avanții de la Universitatea din Manchester,
împreună cu brand -ul inov -8, vor folosi materialul gros de un singur atom de car bon pentru a
crea încălțăminte de alergat care este flexibilă și mai durabilă decât orice găsit până acum.
„Proiectul nostru unic face ca încălțămintea să fie cu 50% mai rezistentă și cu 50% mai
flexibilă decât cauciucul standard, fără grafen ”, a precizat Aravind Vijayaraghavan de la
Universitatea din Manchester.
Marea Britanie vrea să rămână centrul cercetărilor pe tema grafenului, motiv pentru care
guvernul insular a decis să cheltuiască 61 de milioane de lire sterline pentru a crea „National
Graphene Institute”, un centru național de cercetare inaugurat în Manchester în 2015 , „liderul
mondia l în domeniul cercetărilor asupra grafenului”.
Numărul vast de produse, procese și industrii pentru care grafenul ar putea crea un
impact semnificativ derivă din proprietățile sale miraculoase, niciun alt material nu are
multitudinea de superlative cu car e se laudă grafenul, lucru care îl face ideal în nenumărate
aplicații: este mult mai rezistent decât oțelul și totuși incredibl de ușor și flexibil, este bun
conductor electric și termic, însă și transparent și este primul material 2D din lume și de un
milion de ori mai mic decât un fir de păr. Astfel, materialul poate schimba lumea, influențând
o varietate incomensurabilă de domenii.

http://www.descopera. ro/stiinta/16872215 -grafenul -materialul -minune -al-secolului -xxi
http://www.manager.ro/articole/itsic -97/grafenul –
https://www.dcnews.ro/grafen –
https://www.techniques -ingenieur.fr/actualite/articles/le -graphene -materiau -du-xxieme -siecle –
31936/ .
https://www.graphene.manchester.ac.uk/ learn/applications /