Nové materiály a technológie umožňujú udržať tempo inovácií v elektronike. Výskumníci kladú dôraz na inteligentné batérie, flexibilné senzory či zariadenia na báze fotoniky využívajúce možnosti grafénu.
Súčasný stav v komerčnom využití grafénu dokumentovala sekcia Graphene pavilion na začiatku tohto roku na veľtrhu Mobile World Congress v Barcelone. Prezentované riešenia od 25 vystavovateľov z celého sveta využívali predovšetkým elektrickú vodivosť grafénu a jeho schopnosť byť nanesený ako tenučká, no pevná, pružná a priľnavá vrstva na rôznych materiáloch vrátane textilných.
Unikátny uhlík
V roku 2004 vyvinul vedecký pracovník univerzity v Manchestri profesor Andre Geim a jeho kolega profesor Konstantin Novoselov spôsob získavania jednoatómových vrstiev grafitu ich odtrhnutím od grafitu a následným stabilizovaním na povrchu kremíka potiahnutého vrstvou oxidu kremičitého. Za objav tejto metódy, ako aj výskum vlastností grafénu získali v roku 2010 Nobelovu cenu za fyziku. Grafén je teda jedna z ďalších foriem uhlíka. Uhlík sa vyskytuje ešte vo forme mäkkého grafitu, pevných karbónových vláken a diamantu, ktorý je najtvrdším známym prírodným materiálom. Jedna z definícií špecifikuje grafén ako jednoatomárnu planárnu (2D) vrstvu, ktorú vytvárajú atómy uhlíka v hybridnom stave sp2, usporiadané do pravidelných šesťuholníkov. Názov grafén je odvodený od slova graf, čo je základ slova grafit, a koncovky -én, ktorá prislúcha aromatickým uhľovodíkom. V porovnaní s ľudským vlasom je grafén miliónkrát tenší a napriek vynikajúcim mechanickým vlastnostiam je priehľadný. Aby sme boli presní, jeho priehľadnosť je 97,3 %. Grafén je v súčasnosti najpevnejší známy materiál, 200-krát pevnejší ako oceľ. Bez poškodenia vydrží aj extrémne ohyby a časté ohýbanie. Grafén je veľmi zaujímavý aj svojimi elektrickými vlastnosťami. Môže sa správať ako vodič aj ako polovodič, preto sa možno v budúcnosti bude využívať v tranzistoroch integrovaných v mikročipoch. Tiež je vynikajúci vodič tepla. Tepelná vodivosť grafénu je 10-krát väčšia ako tepelná vodivosť medi.
Nabitie za pár sekúnd
Najväčšou slabinou súčasných smartfónov sú ich batérie. Ich kapacita stačí na deň intenzívneho používania a nabíjanie na plnú kapacitu trvá asi 90 minút. Rýchlosť nabíjania elektromobilov je tiež ich veľkou slabinou. A práve tu by mohol grafén významne zamiešať karty. Výskumníci z francúzskeho Thales Research and Technology prezentovali prototypy batérií na báze grafénu, ktorých elektródy majú obrovský povrch porovnateľný s plochou futbalového štadióna, takže batéria má vysokú hustotu energie. Dá sa nabíjať veľmi vysokým prúdom a nabíjanie trvá len niekoľko desiatok sekúnd. S grafénovými batériami, ktoré sa rýchlo nabíjajú, prichádzajú aj výskumníci z Istituto Italiano di Tecnologia a Cambridge Graphene Center. Začínajú sa objavovať aj funkčné prototypy solárnych článkov s dosiaľ nevídanou účinnosťou premeny slnečnej energie na elektrickú.
Pohyblivé obrázky
Polovodičové vlastnosti grafénu umožňujú lacno vyrábať ploché tlačené tranzistory výhradne z 2D nanomateriálov. Táto vytlačená elektronika by sa dala použiť napríklad na rôzne štítky či cenovky, ktoré by sa dali pomocou bezdrôtového rozhrania automaticky aktualizovať, alebo etikety na víno a pivo informujúce o vhodnej či nevhodnej teplote skladovania. Etikety by tiež spotrebiteľa informovali o zostávajúcej trvanlivosti potravín, prípadne by ho informovali, že čas odporúčanej spo- treby už uplynul. Tlačená elektronika nie je nijakou novinkou, na báze polymérov sa využíva už 30 rokov. Grafén je na rozdiel od polymérov extrémne tenký a pevný, takže tlačená elektronika môže získať nové vlastnosti a oveľa lacnejšie. Nie je veru ďaleko ani vízia z knihy a filmu Harry Potter o pohyblivých obrázkoch v novinách či na obálkach kníh.
Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Ľuboslav Lacko
Foto Pixabay, wikipédia, Fotky&Foto
