Νοµπέλ Φυσικής για το γραφένιο

Οταν το γραφένιο δηµιουργήθηκε για πρώτη φορά το 2004, κάποιοι το παροµοίασαν µε την καρδιά των υπερυπολογιστών του µέλλοντος. Οι δύο δηµιουργοί του, Αντρέ Γκέιµ και Κονσταντίν Νοβοσέλοφ, κέρδισαν χθες το Νοµπέλ Φυσικής 2010.

Ο Γκέιµ είναι 51 χρονών και ο Νοβοσέλοφ 36. Και οι δύο είναι ρωσικής καταγωγής και διδάσκουν Φυσική στο Πανεπιστήµιο του Μάντσεστερ στην Αγγλία.

Οταν ενηµερώθηκαν χθες για την ανώτατη επιστηµονική διάκριση που έλαβαν, σχεδόν έπεσαν από τα σύννεφα. Ακόµη κι αν γνώριζαν ότι οι πιθανότητες να κερδίσουν το Νοµπέλ ήταν µεγάλες, εκείνοι θεωρούσαν ότι η Επιτροπή της Σουηδικής Ακαδηµίας Επιστηµών θα έκανε σε άλλον την τιµή.

Οµως η Επιτροπή είχε διαµορφωµένη άποψη και κυρίως µεγάλη εκτίµηση για το έργο των δύο φυσικών, χαρακτηρίζοντας «επαναστατικές» τις εργασίες τους σε αυτό το καινούργιο υλικό, που δεν υπάρχει αυτόνοµο στη φύση, ωστόσο διαθέτει ιδιότητες τόσο ελπιδοφόρες ώστε «µπορεί να φέρει την επανάσταση στην ηλεκτρονική».

Αλλά τι είναι τελικά αυτό το γραφένιο; Κάτι τόσο µικρό που όχι µόνο δεν φαίνεται µε γυµνό µάτι αλλά καλά καλά ούτε και µε µικροσκόπιο! Το µόνο υλικό που του µοιάζει πολύ και που όλοι µας έχουµε χρησιµοποιήσει κάποια στιγµή είναι ο γραφίτης. Η µύτη δηλαδή ενός µολυβιού. Γι’ αυτό και τα ονόµατα των δύο υλικών προέρχονται από την ίδια ρίζα.

«Φανταστείτε ένα λεπτό φύλλο από κυψέλη µέλισσας που αποτελείται από εξαγωνικές οπές. Και µέσα στην κάθε οπή βάζουµε ένα άτοµο άνθρακα. Αν σε αυτή την κυψέλη προσθέσουµε από κάτω ένα και δύο και τρία φύλλα, τότε όλες αυτές οι επιστρώσεις θα συνθέσουν τον γραφίτη», λέει στα «ΝΕΑ» καθηγητής στο Πανεπιστήµιο Αθηνών, ειδικός στην επιστήµη υλικών.

«Το γραφένιο όµως είναι κάτι πολύ µικρότερο. Αποτελείται µόνο από το ένα φύλλο της κυψέλης, δηλαδή είναι στην ουσία έξι άτοµα άνθρακα µαζί, ενωµένα µεταξύ τους µε χηµικούς δεσµούς. Το υλικό αυτό, όπως καταλαβαίνετε, έχει δύο διαστάσεις και είναι τόσο λεπτό όσο το πάχος ενός ατόµου άνθρακα!».

Παρά το µικροσκοπικό του µέγεθος όµως, έχει θαυµατουργές ιδιότητες. Κρύβει µέσα του αξιοζήλευτες ηλεκτρονικές, χηµικές και µηχανικές αρετές.

Ιδιότητες

Είναι ο καλύτερος γνωστός αγωγός της θερµότητας, δεν...λυγίζει, δεν σπάει και φιλοδοξεί ν’ αντικαταστήσει το πυρίτιο στην κατασκευή µικροτσίπ για ηλεκτρονικούς υπολογιστές οι οποίοι όχι µόνο θα είναι ασύλληπτα γρήγοροι αλλά η λειτουργία τους θα στηρίζεται στην κβαντική φυσική. Επιπλέον, το γραφένιο θα µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε οθόνες αφής νέας γενιάς, ακόµη και σε ηλιακούς συλλέκτες.

Με άλλα λόγια, πάνω στο γραφένιο φαίνεται να στηρίζεται µελλοντικά ολόκληρο το... ηλεκτρονικό οικοδόµηµα του ανθρώπου. Κι ας έγινε γνωστό πριν από έξι χρόνια ακριβώς. Σαν σήµερα, τον Οκτώβριο του 2004, οι δύο επιστήµονες δηµοσίευσαν την ανακάλυψή τους στην κορυφαία επιθεώρηση Science. Και από εδώ και στο εξής, «θα συνεχίσουµε να δουλεύουµε ακόµη σκληρότερα, να τελειοποιήσουµε αυτό που ξεκινήσαµε, σαν να πιστεύουµε ότι το Νοµπέλ το κερδίσαµε κατά τύχη!».

ΥΠΕΡΕΛΑΦΡΥ ΚΑΙ... ΑΟΡΑΤΟ

Το επαναστατικό υλικό είναι άθραυστο και εξαιρετικά ελαφρύ, ενώ το πάχος του είναι µόλις ... ενός ατόµου! 

Νέους δρόμους ανοίγει το σούπερ-υλικό γραφένιο

Από τότε που οι επιστήμονες πρωτο-ανακάλυψαν το γραφένιο το 2004, δεν έχουν σταματήσει να μελετούν τις πολλά υποσχόμενες δυνατότητες αυτού του νέου σούπερ-υλικού, το οποίο αποτελείται από ένα στρώμα ατόμων άνθρακα με πάχος μόλις ενός ατόμου, που είναι διατεταγμένα με την μορφή πλέγματος σαν κερήθρας.

Τώρα, μια ομάδα Ευρωπαίων ερευνητών κατάφερε, για πρώτη φορά, να παράγει γραφένιο σε τέτοιο μέγεθος και ποιότητα, που το νέο υλικό μπορεί πια να αξιοποιηθεί πρακτικά, ανοίγοντας έτσι το δρόμο για την κατασκευή ενός νέου υλικού στο οποίο θα μπορεί να βασιστεί η νανοτεχνολογία του μέλλοντος και, μαζί με αυτήν, η δημιουργία νέων υψηλής ταχύτητας ηλεκτρονικών, όπως νέων μικρο-τσιπ και οθονών αφής.

Μέχρι τώρα το γραφένιο είχε παραχθεί μόνο σε πολύ μικρή κλίμακα και ήταν περιορισμένη η δυνατότητα των ερευνητών για μέτρηση των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών του και για τη βιομηχανική αξιοποίησή του. Όμως οι ευρωπαίοι ερευνητές, υπό τον καθηγητή Αλεξάντερ Τζάλεντσουκ του Εθνικού Φυσικού Εργαστηρίου της Βρετανίας, σε εργασία τους που παρουσίασαν στο περιοδικό “Nature Nanotechnology”, αναφέρουν ότι κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτά τα προβλήματα.Το γραφένιο είναι πολύ ανθεκτικό και πολύ καλός αγωγός του ηλεκτρισμού, γεγονός που το καθιστά ιδανικό για την ηλεκτρονική και τη φωτονική τεχνολογία. Είναι βασικό υποψήφιο υλικό για να αντικαταστήσει τα τσιπ ημιαγωγών. Σύμφωνα με το «νόμο του Μουρ», η πυκνότητα των τρανζίστορ σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια, όμως το πυρίτιο και τα άλλα υλικά των τρανζίστορ φαίνεται να έχουν αγγίξει τα όρια της σμίκρυνσής τους.
Τα τρανζίστορ από γραφένιο θα μπορούσαν να είναι πιο γρήγορα και ανθεκτικά σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Το γραφένιο θα μπορούσε να αποτελέσει ακριβώς το «κλειδί», ώστε η τεχνολογία των ηλεκτρονικών υπολογιστών να συνεχίσει να μεγαλώνει σε ισχύ και παράλληλα να μικραίνει σε μέγεθος.     Οι μεγάλοι παραγωγοί μικρο-τσιπ, όπως η Intel, έχουν ήδη εκφράσει ενδιαφέρον για τις δυνατότητες του γραφένιου. Εκτός από τα τσιπ, το γραφένιο μπορεί να αξιοποιηθεί και στις οθόνες.
Μέχρι πρόσφατα το υλικό αυτό είχε παραχθεί μόνο σε απειροελάχιστες ποσότητες κλάσματος του χιλιοστού. Για να αποβεί χρήσιμο στην πράξη στα ηλεκτρονικά, πρέπει να καταστεί εφικτή η παραγωγή του σε μεγαλύτερη κλίμακα και σε μεγαλύτερες επιφάνειες. Πράγματι, για πρώτη φορά, οι ευρωπαίοι ερευνητές πέτυχαν να λειτουργήσουν έναν μεγάλο αριθμό ηλεκτρονικών συσκευών χρησιμοποιώντας γραφένιο με μεγαλύτερη από ποτέ επιφάνεια (50 τετραγωνικών χιλιοστών), ενώ παράλληλα μέτρησαν με μεγαλύτερη από ποτέ ακρίβεια τις ηλεκτρικές ιδιότητές του, αποδεικνύοντας έτσι ότι μελλοντικά θα είναι εφικτή η βιομηχανική αξιοποίησή του γραφένιου (οι κατασκευαστές τρανζίστορ χρειάζονται αυτές τις ακριβείς μετρήσεις).
Εξάλλου, μια άλλη αμερικανική ερευνητική ομάδα από το πανεπιστήμιο Νοτρ Νταμ της Ιντιάνα, σε έρευνα που δημοσιεύτηκε στα περιοδικά “Nano Letters” και “Journal of Physical Chemistry Letters” της Αμερικανικής Χημικής Εταιρίας, παρουσίασε μια νέα χρήση του γραφένιου για την κατασκευή νέας γενιάς καταλυτών στα οχήματα. 

Πηγή: Εφημερίδες ΕΘΝΟΣ & ΕΛΕΥΘΕΡΟΤΥΠΙΑ