Mis on saanud grafeenist ja kus on lubatud kosmoselift?

Kosmoselift kujutaks endast orbiidil paiknevat tugijaama, milleni viiks grafeenist valmistatud tross. Foto: Science Alert

Grafeenist sai teadusrevolutsiooni sümbol, kuid kas materjal on tegelikkuses oma lubadusi täitnud?

Kahekümne aasta eest, 2004. aasta oktoobris, avaldasid kaks Manchesteri Ülikooli füüsikut, Andre Geim ja Konstantin Novoselov, murrangulise teadustöö grafeeni – aatomkihi paksuse süsiniku vormi (electric field effect in atomically thin carbon films) – erakordsete elektrooniliste omaduste kohta. See üliõhuke, ühe aatomikihi paksune grafeen osutus revolutsiooniliseks avastuseks, mis tõotas muuta mitmesuguseid teaduse ja tehnoloogia valdkondi.

Selle avastuse ajal keskenduti Surrey Ülikoolis süsiniku elektroonilistele omadustele. Kuigi süsiniknanotorud olid tol ajal teaduses kuum teema, tõmbas urrimisrühma tähelepanu Andre Geimi loeng Londonis. Ta rääkis õhus hõljuvatest konnadest ja grafeenist, jättes kuulajatele tugeva mulje. Selle eest, enne veel kui ta sai Nobeli preemia (just grafeeni leidmise eest), omistati talle ka liba Nobeli ehk IgNobeli preemia. Siiski oldi ka skeptilised – kas tõesti sai pliiatsist ja teibist saadud materjal olla nii erakordne? 

Peagi hakkasid teadlased kogu maailmas seda tööd kordama ja uusi meetodeid leiutama. Grafeeni omadused kõlasid nagu ulme: tugevam kui teras, paindlik, gaasikindel, parem elektrijuht kui vask ja soojusjuht kui teemant. Lisaks sellele praktiliselt nähtamatu ja eksootiliste kvantomadustega. Grafeeni kiideti kui revolutsioonilist materjali, mis lubas ülikiireid elektroonikaseadmeid ja supertugevaid materjale. Kuus aastat hiljem pälvisid Geim ja Novoselov Nobeli füüsikapreemia, mis veelgi suurendas entusiasmi grafeeni ümber.

Grafeeni tõusud ja mõõnad

Avalikus arvamuses on grafeeni saatnud justkui tohutu edu, kuid skeptikud küsivad, kus on tõeliselt murrangulised tooted, mis peaksid meie elu paremaks tegema? Kas grafeen on olnud edulugu või läbikukkumine? Tõde, nagu ikka, jääb kusagile vahepeale.

Avalikkuse ettekujutused grafeenist on tihti liialdatud. Kuigi teadlased, sealhulgas mina, oleme ehk panustanud selle materjali ülistamisse, võib mõningane optimism ja visioon aidata uute tehnoloogiate arengule kaasa. Ajalooliselt on paljud murrangulised tehnoloogiad, nagu autod ja plast, vajanud aastakümneid arendustööd enne, kui need igapäevaellu jõudsid. Grafeen on võrreldes nendega alles uustulnuk.

Mis on tegelikult toimunud, on grafeeni vaikselt kulgev integreerimine paljudesse praktilistesse rakendustesse. Suur osa sellest edust on tulnud tänu Euroopa suurele uurimisprojektile, Graphene Flagship’ile, mida koordineerib Rootsi Chalmersi Tehnikaülikool. Viimase kümnendi jooksul on selle algatuse raames välja töötatud üle 90ne toote.

Praktilised rakendused ja grafeeni tegelik mõju

Grafeen on leidnud rakendust kõrgtehnoloogilises spordivarustuses, jalgrattarehvides, mootorrattakiivrites, määrdeainetes ja soojusjuhtivates kattematerjalides.

Grafeeni kasutatakse grafeeni akudes ja superkondensaatorites, kiirendades laadimisaegu ja pikendades nende eluiga. Juhtivad grafeentindid võimaldavad toota andureid, juhtmevabasid jälgimisseadmeid, tinti ja kütteelemente ning elektromagnetilisi varjestusi. Seda kasutatakse isegi kõrvaklappides helikvaliteedi parandamiseks ning kliimaseadmetes tõhusama soojusülekande saavutamiseks.

Grafeenoksiidil põhinevaid tooteid kasutatakse merevee magestamiseks, reovee puhastamiseks ja joogivee filtreerimiseks. Suurkorporatsioonid, sealhulgas SpaceX, Tesla, Panasonic, Samsung, Apple ja Sony arendavad või plaanivad arendada tooteid, mis sisaldavad grafeeni.

Kuigi grafeeni mõju tarbekaupadele pole alati nähtav, on selle mõju materjaliteadusele vaieldamatu. Kui tootmismeetodid paranevad ja kulud vähenevad, on oodata grafeeni laialdasemat kasutuselevõttu. Paljudes toodetes, kus see juba on kasutusel, ei mainita seda eraldi, kuna tarbijad hoolivad pigem toote funktsionaalsusest kui sellest, mis materjal seal sees on.

Tuleviku ootuses

Grafeen on kahekümne aasta jooksul teinud suuri edusamme, kuigi see võib tunduda vähem märgatav kui esialgsed fantastilised lubadused. Tehnoloogia ja materjalide arendus võtab sageli aega, kuid selle potentsiaal jääb endiselt suureks. Kuigi kosmoseliftiga sõitmine on veel unistus, võib loota, et grafeen aitab vaiksel ja järjekindlal viisil kujundada paremat tulevikku.

Allikas: The Conversation