Το Nobel φυσικής στους εφευρέτες του γραφενίου

2004

Βρετανοί επιστήμονες δημιούργησαν το πιο λεπτό υλικό στον κόσμο, εξέλιξη που μπορεί να επιφέρει επανάσταση τόσο στη βιομηχανία της τεχνολογίας όσο και σε αυτόν της ιατρικής έρευνας. Ένα φύλλο άνθρακα «εμφυτεύτηκε» μέσα σε μια ταινία που έχει πάχος ίδιο με αυτό ενός ατόμου. Η ταινία αυτή είναι τόσο λεπτή
που θα πρέπει να τοποθετηθούν 200.000 τέτοιες ταινίες τοποθετημένες η μία επάνω στην άλλη ώστε το τελικό σύνολο να έχει πάχος ανάλογο με αυτό μιας ανθρώπινης τρίχας.

Το υλικό αυτό ονομάζεται γραφένιο και βασίζεται σε μια ουσία που κατασκευάστηκε πριν από δύο χρόνια αλλά ως σήμερα η ουσία αυτή δεν μπορούσε να λειτουργήσει «αυτόνομα» και για να δημιουργήσει υλικό έπρεπε να κολλήσει πάνω σε κάποιο άλλο υλικό. Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ σε συνεργασία με επιστήμονες του Ινστιτούτου Max Planck στη Γερμανία κατάφεραν να επεξεργαστούν την ουσία δημιουργώντας μια ταινία που κρέμεται ανάμεσα στους σωλήνες που συνδέουν μια νανοσκαλωσιά από χρυσό, όπως αναφέρουν στην επιθεώρηση Nature Materials καθώς και στο Physical Review Letters.

Το υλικό αναμένεται να αντικαταστήσει το πυρίτιο ως το 2020 και μάλιστα πηγαίνει πέρα και από τα όρια της νανοτεχνολογίας, όπως τόνισε ο καθηγητής Andre Geim του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ.

Πρόκειται για ένα επίτευγμα που οι θεωρίες ανέφεραν ως σήμερα πως ήταν αδύνατο να συμβεί αφού εδώ έχουμε να κάνουμε στην ουσία με έναν κρύσταλλο δύο διαστάσεων ο οποίος υποτίθεται ότι θα πρέπει αμέσως μετά τη δημιουργία του να καταστραφεί από τη θερμότητα με την οποία έρχεται σε επαφή. Η κρυσταλλική μεμβράνη αποτελείται από άτομα άνθρακα που δημιουργούν ομάδες η καθεμιά εκ των οποίων αποτελείται με τη σειρά της από έξι εξάγωνα δημιουργώντας τελικά μια κυψέλη.

Η ύπαρξη αυτής της διάταξης είναι αποδεκτή και από τις θεωρίες επειδή, αντί να παραμένει επίπεδη, γέρνει ελαφρώς, γεγονός που επιτρέπει στη διάταξη να αποκτήσει την πολύτιμη τρίτη διάσταση, η οποία και της δίνει την ισχύ να παραμείνει ενωμένη. Η μεμβράνη γραφενίου αποδείχθηκε στα πειράματα άκρως σταθερή αφού κατάφερε να «αντέξει» και να μη διαλυθεί σε χώρους χαμηλής πίεσης και σε θερμοκρασίες δωματίου. Όλα τα γνωστά υλικά - και μάλιστα με πολύ μεγαλύτερο πάχος από το γραφένιο - σε ανάλογες συνθήκες οξειδώνονται και αποσυντίθενται.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το γραφένιο θα έχει συμμετοχή σε πλήθος εφαρμογών. "Πρόκειται για έναν νέο, εντελώς καινούργιο τύπο τεχνολογίας. Ακόμη και ο όρος νανοτεχνολογία δεν είναι σωστός για να περιγράφουμε αυτές τις μεμβράνες. Η επόμενη και πιθανώς μεγαλύτερη πρόκληση είναι να δημιουργήσουμε τις προϋποθέσεις για τη χαμηλού κόστους παραγωγή αυτών των μεμβρανών και σε μορφές τέτοιες που να μπορούν να έχουν άμεση χρήση και μάλιστα σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας", αναφέρει ο καθηγητής Andre Geim, ένας εκ των δύο ερευνητών.

Οι ειδικοί πιστεύουν ότι βασικό πεδίο εφαρμογών του γραφενίου θα είναι στον χώρο των υπολογιστών και ειδικά στην αύξηση της ταχύτητάς τους, καθώς και στις έρευνες νέων φαρμάκων.

Συγκεκριμένα στην ιατρική έρευνα οι μεμβράνες γραφενίου ίσως στο μέλλον αντικαταστήσουν το υλικό επάνω στο οποίο τοποθετούνται τα δείγματα προκειμένου να αναλυθούν με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Σήμερα η ευκρίνεια των εικόνων που παρέχουν τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια είναι περιορισμένη εξαιτίας του πάχους του υλικού στο οποίο τοποθετούνται τα δείγματα. Το πολύ μικρό πάχος των μεμβρανών γραφενίου θα επιτρέψει στα ηλεκτρόνια να διαπερνούν ευκολότερα το υλικό και να λαμβάνουν σαφέστερη εικόνα της δομής των μορίων, κυρίως των πρωτεϊνών, οι οποίες πιστεύεται ότι αποτελούν το «κλειδί» μιας νέας γενιάς φαρμάκων.

Στον χώρο των υπολογιστών οι μεμβράνες γραφενίου ίσως σημάνουν το τέλος του πυριτίου καθώς μπορούν να λειτουργήσουν ως πολύ αποτελεσματικότερα τρανζίστορ (ο διακόπτης που εμποδίζει ή επιτρέπει την είσοδο ηλεκτρικού φορτίου). Στα πειράματα που έγιναν, μεμβράνες γραφενίου που χρησιμοποιήθηκαν ως τρανζίστορ αποδείχθηκε ότι ήταν ταχύτερες από το πυρίτιο, ενώ επίσης κατανάλωναν λιγότερη ενέργεια.

2010

Οι δύο φυσικοί  Αντρέ Γκέιμ και Κονσταντίν Νοβοσέλοφ που είναι και οι δύο Ρωσικής καταγωγής αλλά εργάζονται στο  Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ τιμήθηκαν με το βραβείο Nobel φυσικής για την ανακάλυψη του γραφενίου.