A ceruzafoltban felfedezett grafén lehet az új szuperanyag, amely átalakítja a kerékpáripart?
Elsősorban a grafén egy egyszerű anyag. Egyetlen szénatomréteg, 0,3 nanométer vastag – milliószor vékonyabb, mint a magazin papírja. Ennek ellenére 150-szer erősebb, mint az acél, és 20%-kal rugalmasabb. Jobban vezeti az elektromosságot, mint a réz vagy az arany, másodpercenként egymillió méteres sebességgel. Gyorsan leadja a hőt. Átlátszó és teljesen vízhatlan, és ugyanolyan hatást kell kifejtenie a 21. században, mint a szénszálnak a 20. században és az acélnak a 19. században. Nem csoda, hogy a Manchester Egyetem két anyagtudósa, akik 2003-ban felfedezték, Andre Geim és Konstantin Novoselov Nobel-díjat és lovagi címet kaptak. De mi köze ennek a kerékpárokhoz?
A Graphene korai alkalmazói
Kezdenek megjelenni a piacon az első grafént tartalmazó kerékpáros termékek. A Vittoria grafént használ a legújabb karbon Korán felnijében (lásd a 20. old alt), a Catlike pedig a Mixino sisakjában is. Richard Craddock, a Craddock Cycles személyre szabott karbonvázgyártója azt mondja: „Jelenleg nagy az izgalom a grafén iránt, de ezek csak az első lépések. Mint minden új anyag, a benne rejlő lehetőségek még nem ismertek, de valószínűleg a maximális előny nem a szén helyettesítése, hanem annak javítása. Használnám, ha bevált.’
Paul Wiper, a Manchesteri Egyetem Nemzeti Grafén Intézetének kutatója azt mondja: „A grafén javíthatja a kompozit mechanikai tulajdonságait, mivel megoszthatja a feszültséget, ha hozzáadódik az epoxigyanta mátrixhoz, és merevebbé teszi azt. Ennek ellenére meg kell találnia az egyensúlyt. A sok grafén, mondjuk a mátrix 10 vagy 20%-a nagyon merevvé tenné, de törékennyé is tenné.'
Kollégai jelenleg tökéletesítik a grafén felhasználását az űrrepülésben használt kompozit vázakban, és a spanyol Spania autógyártó már beépítette a GTA szuperautó alvázába. Tehát a kerékpárvázak következhetnek? "Egyáltalán nincs ok arra, hogy miért ne lehetne kerékpárvázakban használni, és biztos vagyok benne, hogy valaki már dolgozik rajtuk" - jósolja Wiper. Vittoria annyira hisz a grafénben, hogy oda teszi a pénzét, amerre a szája. „Öt éve véletlenül vacsoráztam a Directa Plus, Európa egyik első graféngyárának alapítójával, és eszembe jutott, hogy termékeinkben grafént használjunk” – mondja Rudie Campagne, a Vittoria elnöke. „Aztán úgy döntöttünk, hogy beruházunk beléjük, hogy az élvonalban legyünk.”
Vittoria azt állítja, hogy az új Qurano karbon kerekekben grafén felhasználásával akár 30%-kal is megnőtt a küllőlyuk szilárdsága és a felni oldalirányú merevsége. De mindenekelőtt Campagne lelkesedik: „A grafén javított hőelvezetése csökkenti a felni felhalmozott hőmérsékletét [fékezés közben], és jóval az alatt a küszöbérték alatt tartja, ahol a szénszál elkezd szétesni.'
A szénhez grafén hozzáadása azonban nem olyan egyszerű, mint a cukor hozzáadása a kávéhoz. A Directa Plus grafént szállít Vittoriának „nano-vérlemezkékként”, amelyek mindössze három-hét atom vastagságúak. „A nagy kihívás az volt, hogy a grafén közel tökéletes diszperzióját elérjük a prepreg szénlemezek epoxigyanta főkeverékében” – mondja Campagne.
szelet ihlet
„Az emberek évtizedekig azt hitték, hogy a grafén a szénanyagok, például a grafit, a szén és a gyémánt allotrópjaiban létezik, de senki sem tudta, hogyan lehet egyetlen kétdimenziós réteget alkotni” – mondja Wiper. Egy ihletett pillanatban Geim és Novoselov kristályos grafitfolttal kezdte – gyakorlatilag ceruzajel –, amely több, egymásra helyezett grafénrétegből áll, és ragasztószalaggal eltávolították a grafit egy részét. Kíváncsiak lévén, újra és újra megcsinálták, míg végül egyetlen réteget – a tiszta grafént – izoláltak. Aztán tesztelték.
„Általában az anyagok egyre vékonyabbá tétele során romlanak a tulajdonságai” – mondja maga Geim. „De a grafénnel azt tapaszt altuk, hogy a dolgok csak jobbak lettek.”
A laboratóriumok világszerte sokféle módon készítenek grafént, különböző tisztasággal, változó mintamérettel és tételmennyiséggel. Például a Catlike azt állítja, hogy nanoszálakat használ Mixino sisakjainak szilárdságának megőrzésére, amelyek most 10 grammal könnyebbek, mint a korábbi modellek. Mások nanoszalagok formájában használják, és a Samsung és a Sony azt állítják, hogy feltalálták a folyamatos lapok készítésének módjait. Ami viszont talán meglepő, az az, hogy nem túl drága. Kevesebb, mint 150 fontért vásárolhat egy kiló nano-lemezkéket. Ahogy egyre több változat készül az anyagból, biztos, hogy a „grafén” szó használata a marketinganyagokban zavart kelt a fogyasztókban. Nehéz lesz megbizonyosodni arról, hogy a „grafénnel dúsított” termék valóban tartalmazza-e a szubmikroszkópos anyagot, vagy hogy jót tesz-e. Ez egy kiskapu, amelyet a gátlástalanok kihasználhatnak.
„A laboratórium tesztelheti az anyagot, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az állításnak megfelelően működik-e, de kémiai tesztet kell végezni, hogy megbizonyosodjon arról, hogy van-e grafén” – mondja Wiper. És mivel a grafén a szén legtöbb formájában, még a szénporban is megtalálható, ez lehet a Trades Description Act pokol. De a megfelelő kezekben a kerékpáripar számára óriási ígéretet jelent. A grafén lehetséges felhasználási területei közé tartozik a korrózió megakadályozása a kitett részeken, például a felnik, a lánckerekek és a küllők, vagy ha szénkomponensekbe vannak beágyazva, a grafén nanoszálak elektromos áramot vezethetnek, vagy akár adatokat is továbbíthatnak. Ez csökkentené az elektronikus váltó- és kerékpárkomputerek kábelezését. Alternatív megoldásként nyúlásmérőket alakíthat ki szénagyban, hajtókarban, pedálban, láncgyűrűben vagy cipőtalpban, ahol nanoszálai csökkentenék a bonyolultságot és potenciálisan csökkentenék a teljesítménymérők árát.
A nanogyémántokat már bevonták grafénnel, hogy szuperkenőanyagokat hozzanak létre, amelyek szinte minden súrlódást kiküszöbölhetnek a csapágyakból, és az ígéretek szerint jövőre szuperfényes, grafénnel feljavított LED-ek készülnek. A grafén szuperkondenzátor potenciálisan több energiát képes tárolni, mint bármely meglévő akkumulátor, így lényegesen könnyebb elektronikus váltóelemek is lehetővé válnának. Sőt, a grafénelektródák polipropilén szálakba való beágyazásának kísérletei is folyamatban vannak, így még a jövőben is megvan a lehetőség a ruházati ruhadarabokba való beépítésre. Ebben a szakaszban ez hipotetikus, de előfordulhat, hogy a mez és a rövidnadrág okossá válik, érzékeli a pulzusszámot, a vérnyomást, a hőmérsékletet, az izzadás mértékét és még az egyes izmok aktivitását is. Valóban úgy tűnik, hogy felhasználásának és előnyeinek nincs határa.
„A grafén nyilvánvalóan annyira új, hogy alkalmazásait még csak most kezdik tanulmányozni” – mondja Campagne. „Sok év alap- és alkalmazott tanulmányozása szükséges ahhoz, hogy a meglévő termékek nagyszerű új fejlesztéseit vagy új alkalmazásokat és finomításokat hozzunk létre. Az utazás még csak most kezdődik.’
