Tento článok bol pripravený pri príležitosti plánovanej návštevy nositeľa Nobelovej ceny Klausa von Klitzinga na Slovensku.
Dňa 29.4. o 16.00 hod. sa uskutoční v Bratislave jeho verejná prednáška. Miesta si môžete zarezervovať tu.
BRATISLAVA. Na to, aby ste vyrobili najsilnejší a zároveň najtenší materiál na svete, nepotrebujete veľa.
Víťazi Nobelovej ceny použili pri skúmaní grafénu lepiacu pásku a kus grafitu, ktorý nájdete napríklad aj ako tuhu v ceruzke.
Zdalo sa, že výnimočný supermateriál úplne zmení svet. Sľuboval priesvitné televízory či nátery, ktoré vyrábajú elektrinu.
Prečo trvalo dlho objaviť grafén?
Grafén mali vedci dlhé roky doslova pred očami. Predsa len sa tento materiál skladá z atómov jedného z najčastejších chemických prvkov na Zemi.
Je totiž formou uhlíka - látky, ktorá je základnou stavebnou jednotkou všetkého života na planéte.
Dvojrozmerné materiály
- Dvojrozmerné materiály môžu byť zložené buď z jedného druhu atómov (grafén) alebo z viacerých atómov.
- Medzi jednoatómové druhy patrí napríklad aj silicén zložený z atómov kremíka či fosforén z atómov fosforu.
- Z viacatómových materiálov je zaujímavý šesťuholníkový nitrid boritý, ktorý sa štruktúrou podobá grafénu ale je zložený z atómov bóru a dusíka.
- Všetky 2D materiály majú vynikajúce elektronické vlastnosti.
- Najväčší problém je komercializácia 2D materiálov - buď je ich výroba náročná, drahá alebo vedci jednoducho nevedia stvoriť dostatočne rozmerné vrstvy.
Grafén je dvojrozmerný materiál.
Znamená to, že má hrúbku iba jednej atómovej vrstvy, v ktorej sú elektróny obmedzené na dvojrozmerný priestor.
Grafén má štruktúru pripomínajúcu medový plást v tvare šesťuholníka.
"Ak by sme do každého rohu šesťuholníka umiestnili atóm uhlíka, dostali by sme grafén, ktorý má hrúbku práve jedného atómu," vysvetľuje Jana Brndiarová z Elektrotechnického ústavu Slovenskej akadémie vied, ktorá sa v rámci doktorandského štúdia venuje grafénu.
"Grafén si možno predstaviť aj ako jednu rovinu z grafitu - tuhy, ktorou bežne kreslíme."
Jeden milimeter grafitu môže obsahovať až tri milióny vrstiev grafénu.
S hypotézou o existencii tenkého supermateriálu prišiel prvýkrát teoretický fyzik P. R. Wallace v roku 1947.
Vedcom však trvalo ďalších 57 rokov, kým grafén po prvýkrát izolovali.
Vrstvy grafénu sú pospájané veľmi slabo a preto nie je ťažké ich odtrhnúť a oddeliť.
Problémom však bolo, že vedci nevedeli dlho oddeliť samostatné a zároveň dostatočne veľké vrstvičky, na ktorých by mohli skúmať výnimočné vlastnosti grafénu.
Piatková noc pokusov
Aj keď o existencii grafénu a jeho štruktúre tušili už v 60. rokoch minulého storočia, mnohí teoretici začínali veriť, že dvojrozmerné materiály nemôžu existovať. Mysleli si že po oddelení jednej vrstvy budú teplotne nestabilné.
Táto pesimistická domnienka sa vyparila v jeden večer v roku 2004.
Dvaja profesori z univerzity v Manchesteri akurát usporadúvali svoju "piatkovú noc pokusov."
