Szkło pokryte grafenem wygląda tak samo jak zwykłe szkło. Warstwa grafenu pochłania ok. 2% światła, więc gołym okiem nie sposób jej właściwie zauważyć. Dzięki grafenowemu pokryciu materiał zmienia jednak właściwości – m.in. przewodzi prąd. Działające już prototypy takich materiałów opracował warszawski Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w ramach projektu OPTI-GRAF Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. W pracach uczestniczy także Polski Holding Obronny i spółka NanoCarbon.
Jak w rozmowie z PAP wyjaśnia kierownik projektu, dr Grzegorz Gawlik z ITME, jego zespół pracuje nad budową specjalistycznych okien z warstwą grzejną, którymi zainteresowane jest wojsko. – Wojskowe urządzenia optyczne pracujące w trudnych warunkach klimatycznych, np. na morzu, podlegają silnym oddziaływaniom środowiska - wody morskiej, soli, słońca, wiatru, mrozu. Aby osłonić te delikatne urządzenia, zamyka się je w obudowach, a na świat wyglądają właśnie przez okienko – wyjaśnia dr Gawlik.
Zaznacza, że takim specjalistycznym oknom trzeba zapewnić maksymalną przejrzystość, a więc sprawić, że np. nie zaparują, ani nie pokryją się lodem.
– Nie może być tak, że przyrząd pomyli kropkę na szkle z jakimś obiektem, to musi być szkło, które samo się oczyszcza. Jego pokrycie też musi być bardzo jednorodne – mówi. I tu z pomocą wojsku przychodzi grafen. Okazuje się, że szybę - która jest izolatorem - można pokryć grafenem, który elektryczność przewodzi świetnie. Kiedy do takiego materiału podłączy się napięcie, zaczyna się on grzać (w wyniku oporu), a woda z szyby szybko odparowuje. Ogrzewane szyby mogłyby znaleźć zastosowanie w szybach samochodowych. – Nie byłyby wtedy potrzebne żadne druciki w szybach – zaznacza Gawlik.
Dr Gawlik zdradza, że w ITME udało się zagrzać szybę pokrytą grafenem nawet do 100oC. – Można by na niej zagotować wodę – śmieje się badacz. Chociaż grafen to tylko węgiel (a dokładniej struktura węgla o grubości jednego atomu), pali się tylko w wysokich temperaturach. – Nam się jeszcze grafenu spalić nie udało – przyznaje rozmówca PAP.
Na razie badacze z ITME potrafią pokryć grafenem materiał o średnicy kilku cm, a wojsko chciałoby okienka kilka razy większe. Gawlik wierzy, że wkrótce uda się opanować technologię pokrywania grafenem większych powierzchni.
Jeśli chodzi o prześwitujące, przewodzące prąd ogrzewające pokrycia do szkła, w użyciu są już tlenki indowo-cynowe (ITO). Powszechnie stosuje się je np. w monitorach i wyświetlaczach, gdzie przewodzą prąd i umożliwiają wyświetlanie odpowiednich pikseli. Związki takie niedoskonale przewodzą jednak światło, z czasem ulegają degradacji i nie można ich zginać - ekrany i monitory muszą być więc sztywne. Poza tym na świecie kończą się zapasy indu i poszukuje się dla niego alternatywy. Taką alternatywą może stać się grafen. Dr Gawlik zaznacza, że polskie szkło pokryte grafenem mogłoby znaleźć zastosowanie nie tylko w wojsku, ale i w wyświetlaczach.
Kolejnym produktem, który powstać ma w projekcie OPTI-GRAF jest pokryta grafenem soczewka - do aparatów czy urządzeń optycznych. W tym jednak wypadku grafen nie będzie wykorzystywany ze względu na swoje przewodnictwo elektryczne. Materiał ten chronić ma soczewkę przed wpływem klimatu - wilgocią czy związkami chemicznymi. Dr Gawlik wyjaśnia, że na szkle soczewki kładzione są warstwy antyrefleksyjne, które poprawiają przepuszczalność światła. – Są to bardzo delikatne warstwy, nieodporne m.in. na działania atmosfery – przyznaje naukowiec. Warstwy te mogą się ścierać lub matowieć z czasem. Grafen miałby je ochronić.
Dr Gawlik zaznacza, że grafen bardzo słabo reaguje z różnymi odczynnikami chemicznymi:
– Można go kąpać w kwasach, zasadach, rozpuszczalnikach organicznych i one go właściwie nie degradują. Atomy węgla tworzą w grafenie strukturę podobną do plastra miodu. Oczka tej sieci są na tyle małe, że niewiele związków przez nie może przejść. Grafen jest więc bardzo efektywną barierą – mówi badacz.
– Sam grafen jest jednym z najbardziej odpornych mechanicznie materiałów na świecie. Teoretycznie ma bardzo dużą wytrzymałość. Ale musimy sobie zdawać sprawę, że to jest jednoatomowa warstwa – przyznaje dr Gawlik. Dodaje, że jeśli warstw grafenu jest kilka, właściwości materiału się zmieniają.
– Odporność na ścieranie obecnie wytwarzanych prototypów okienek szklanych z grafenem jest wystarczająco dobra do prowadzenia testów i prób eksploatacyjnych – uspokaja dr Gawlik.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
