Avastati pliiatsiplekist, kas grafeen võib olla uus supermaterjal, mis muudab jalgrattatööstust?
Põhiliselt on grafeen lihtne materjal. See on üks 0,3 nanomeetri paksune süsinikuaatomite kiht – miljon korda õhem kui selle ajakirja paber. Kuid see on 150 korda tugevam kui teras ja 20% elastsem. See juhib elektrit paremini kui vask või kuld, kiirusega miljon meetrit sekundis. See eraldab kiiresti soojust. See on läbipaistev ja täiesti veekindel ning sellel peaks olema 21. sajandil sama mõju kui süsinikkiul 20. sajandil ja terasel 19. sajandil. Pole ime, et kaks Manchesteri ülikooli materjaliteadlast, kes selle 2003. aastal avastasid, Andre Geim ja Konstantin Novoselov, said kiiresti Nobeli preemia ja rüütlite tiitlid. Aga mis on sellel pistmist jalgratastega?
Graphene'i varased kasutajad
Esimesed grafeeni sisaldavad jalgrattatooted hakkavad turule jõudma. Vittoria kasutab grafeeni oma viimastes süsinikust Korano velgedes (vt lk 20) ja Catlike kasutab seda ka oma tipptasemel Mixino kiivris. Kohandatud süsiniku raamiehitaja Richard Craddock ettevõttest Craddock Cycles ütleb: „Praegu on grafeenist palju põnevust, kuid need on alles esimesed katsed. Nagu iga uue materjali puhul, ei ole selle täielik potentsiaal veel teada, kuid tõenäoliselt ei anna see maksimaalset kasu süsiniku asendajana, vaid täiendusena. Ma kasutaksin seda siis, kui see on tõestatud.’
Manchesteri ülikooli riikliku grafeeniinstituudi teadur Paul Wiper ütleb: „Grafeen võib parandada komposiidi mehaanilisi omadusi, kuna see võib epoksüvaigu maatriksile lisamisel pinget jagada ja muuta selle jäigemaks. Siiski peate leidma õige tasakaalu. Palju grafeeni, näiteks 10 või 20% maatriksist, muudaks selle tõesti jäigaks, kuid oleks ka rabe.'
Tema kolleegid täiustavad praegu grafeeni kasutamist kosmosetööstuse komposiitraamides ja Hispaania autotootja Spania lisab selle juba oma GTA superautode šassiidesse. Nii et jalgrattaraamid võiksid olla järgmised? "Pole mingit põhjust, miks seda rattaraamides kasutada ei saaks ja ma olen kindel, et keegi juba töötab nende kallal," ennustab Wiper. Vittorial on nii suur usk grafeeni, ta paneb oma raha sinna, kus suu on. "Sattusin viis aastat tagasi õhtust sööma Euroopa ühe esimese grafeenivabriku Directa Plusi asutajaga ja tulin ideele kasutada grafeeni meie toodetes," ütleb Vittoria president Rudie Campagne. "Siis otsustasime neisse investeerida, et olla esirinnas."
Vittoria väidab, et grafeeni kasutamine uutes Qurano süsinikratastes on suurendanud kodaraaukude tugevust ja velje külgsuunalist jäikust kuni 30%. Ent ennekõike vaimustab Campagne: „Grafeeni täiustatud soojuse hajumine vähendab velje akumuleeruvat temperatuuri [pidurdamisel], hoides selle tunduv alt allpool läve, kus süsinikkiud hakkab lagunema.'
Grafeeni lisamine süsinikule pole aga nii lihtne kui kohvile suhkru lisamine. Directa Plus tarnib Vittoriasse grafeeni "nanotrombotsüütidena", mis on vaid kolme kuni seitsme aatomi paksused. „Suureks väljakutseks oli saavutada peaaegu täiuslik grafeeni dispersioon epoksüvaigu põhipartiis eeltöötlemissüsinikulehtede jaoks,” ütleb Campagne.
Viil inspiratsiooni
'Inimesed olid aastakümneid spekuleerinud, et grafeen eksisteerib süsinikmaterjalide, nagu grafiit, kivisüsi ja teemant, allotroopides, kuid keegi ei teadnud, kuidas seda ühe kahemõõtmelise kihina teha,“ütleb Wiper. Inspireeritud hetkel olid Geim ja Novoselov alustanud kristallilise grafiidi plekiga – tegelikult pliiatsimärgiga –, mis koosneb mitmest virnastatud grafeenikihist ja kleeplindi abil eemaldasid nad osa grafiidist. Olles uudishimulikud, tegid nad seda ikka ja jälle, kuni lõpuks eraldasid nad ühe kihi – puhta grafeeni. Siis nad katsetasid seda.
„Tavaliselt halvenevad materjalid aina õhemaks tehes nende omadused,“ütleb Geim ise. "Kuid grafeeniga avastasime, et asjad läksid ainult paremaks."
Laborid üle maailma valmistavad nüüd grafeeni mitmel viisil, erineva puhtusega, erineva proovi suuruse ja partiikogustega. Näiteks Catlike ütleb, et kasutab oma Mixino kiivrite tugevuse säilitamiseks nanokiude, mis on nüüd varasematest mudelitest 10 g kergemad. Teised kasutavad seda nano-paelte kujul ning Samsung ja Sony väidavad, et on leiutanud viise pidevate lehtede valmistamiseks. Üllatav on aga see, et see pole liiga kallis. Nano-trombotsüüte saab osta alla 150 naela. Kuna materjalist luuakse rohkem versioone, on kindel, et sõna "grafeen" kasutamine turundusmaterjalides tekitab tarbijates segadust. Keeruline on kindlaks teha, kas toode, mis väidetav alt on grafeeniga täiustatud, sisaldab tõesti submikroskoopilist materjali või kas see on kasulik. See on lünk, mida hoolimatud võivad ära kasutada.
'Labor võiks materjali testida, et näha, kas see toimib väidetav alt, kuid grafeeni olemasolus veendumiseks peate tegema keemilise testi, ütleb Wiper. Ja kuna grafeeni leidub enamikus süsiniku vormides, isegi söetolmu sees, võib see olla Trades Description Act põrgu. Kuid õigetes kätes on selle lubadus jalgrattatööstusele tohutu. Grafeeni potentsiaalsed kasutusalad hõlmavad korrosiooni vältimist avatud osadel, nagu veljed, ketirattad ja kodarad, või süsinikkomponentidesse manustatud grafeeni nanokiud võivad juhtida elektrit või isegi edastada andmeid. See vähendaks elektrooniliste käiguvahetus- ja jalgrattaarvutite kaablit. Teise võimalusena võib see moodustada pingeandureid süsiniku rummudes, vändades, pedaalides, ketiratastes või jalatsitaldades, kus selle nanokiud vähendaksid keerukust ja potentsiaalselt võimsusmõõturite hinda.
Nano-teemandid on juba kaetud grafeeniga, et luua supermäärdeaineid, mis võiksid kõrvaldada peaaegu igasuguse laagrite hõõrdumise, ning järgmisel aastal lubatakse saada ülierksaid grafeeniga täiustatud LED-e. Grafeenist superkondensaator võib potentsiaalselt salvestada rohkem energiat kui mis tahes olemasolevad akud, seega oleks võimalikud ka oluliselt kergemad elektroonilised käiguvahetuskomponendid. Veelgi enam, käimas on ka katsetused grafeenelektroodide kinnitamiseks polüpropüleenkiududesse, seega on isegi potentsiaali tulevikus rõivarõivastesse kaasamiseks. Praegu on see hüpoteetiline, kuid võib juhtuda, et teie kampsun ja lühikesed püksid muutuvad nutikaks, tajudes teie pulssi, vererõhku, temperatuuri, higistamissagedust ja isegi üksikute lihaste aktiivsust. Tundub tõesti, et selle kasutusel ja eelistel on vähe piire.
'Grafeen on ilmselgelt nii uus, et selle rakendusi alles hakatakse uurima,”ütleb Campagne. „Olemasolevate toodete suurepäraste täiustuste või uute rakenduste ja täiustuste leidmiseks kulub palju aastaid põhjalikku ja rakenduslikku uuringut. Teekond on alles alguses.’
