Grafen to odkrycie przełomu tysiącleci. Kolejna alotropowa odmiana węgla została zdefiniowana dokładnie w 2004 roku przez zespół rosyjskich i angielskich naukowców z Uniwersytetu w Manchester, na czele z Andre Geimą. Odkrycie tej formy węgla zostało nagrodzone przyznaniem Nobla w 2010 roku.

Czym jest grafen i dlaczego jest tak szczególny?

Jak już wiecie, grafen to pochodna węgla. W atomowym mikroświecie jest to dwuwymiarowa struktura (jedna z pierwszych na świecie cechująca się taką stabilnością), przypominająca siatkę o kształcie plastra miodu. Ta forma cechuje się grubością zaledwie jednego atomu, a mimo wszystko posiada szereg właściwości, które zmienią zasady funkcjonowania tego świata.

Według przeprowadzonych badań grafen to obecnie najcieńszy, najlżejszy i najmocniejszy odkryty przez człowieka materiał. Jeden kilometr kwadratowy waży zaledwie 757 gramów!

Jest ekstremalnie dobrym przewodnikiem ciepła, a po pewnej obróbce może się także sprawdzić jako idealny izolator. Jest to struktura o 200 razy mocniejsza od stali.

Testy wytrzymałościowe przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Columbia wykazały, że plastra grafenu nie sposób przebić ołówkiem, na którym stałby samochód osobowy! Innymi właściwościami rewolucyjnego materiału jest niska pochłanialność promieni słonecznych (około 2 proc.), świetna elastyczność (do 20 proc.) oraz doskonałe przewodnictwo elektryczne – kilkadziesiąt razy lepsze od krzemu.

Era grafenu dopiero nadchodzi. Jeszcze kilka lat temu produkcja dużych struktur była bardzo problematyczna i zbyt kosztowna, aby materiał wprowadzić hurtowo na rynek.

Centymetr kwadratowy jeszcze 10 lat temu kosztował nawet 100 mln dolarów! Dzisiejsze metody produkcji grafenu nie są już tak kosztowne.

Swoje dwa grosze do technologii generowania tej formy pierwiastka dorzucili także Polacy. Obniżenie kosztów produkcji sprawiło, że naukowcy odmieniają grafen przez wszystkie przypadki. Poniżej przedstawiamy wam top 5 potencjalnych zastosowań grafenu w branży moto.

1. Grafen jako struktura zewnętrzna nadwozia

Grafen użyty przy budowie elementów samochodu jest o 20 proc. lżejszy od tradycyjnego włókna węglowego. Jednym z pierwszych aut produkowanych seryjnie, które zawierały elementy z grafenu było BAC MONO, gdzie materiał znalazł zastosowanie w nadkolach. Z perspektywy całej motoryzacji, coraz bardziej efektywne odchudzanie masy ma znaczenie przede wszystkim dla pojazdów elektrycznych, ze względu na potencjalne zwiększenie zasięgu na jednym ładowaniu. Odpowiednia redukcja ma też znaczenie dla kosztów eksploatacyjnych całego przemysłu transportowego.

Pokrycie nadwozia grafenem znacznie poprawia jego wytrzymałość oraz umożliwia tworzenie tak zwanych stref energochłonnych, zapewniając lepsze bezpieczeństwo dla podróżujących.

2. Grafen jako struktura do wzmocnienia elementów silnika

Właściwości wytrzymałościowe grafenu sprawiają, że jest to materiał, który znajduje swoje zastosowanie także bezpośrednio w mechanizmach silnika. Zawory pokryte grafenem są dwa razy bardziej trwałe. Grafen sprawdzi się także doskonale w przypadku turbosprężarek.

Grafen ma także zastosowanie w akustyce pojazdu. Dzięki niemu możliwe jest generowanie fal dźwiękowych bez użycia ruchomych membran, a z drugiej strony ich tłumienie. Pod koniec roku Ford ma zamiar zastosować grafen przy budowie osłon silnika w dwóch modelach: F-150 oraz Mustangu, redukując natężenie dźwięku o 17 procent.

Kolejną właściwością tej alotropowej odmiany węgla jest przewodnictwo cieplne i potencjalne możliwości odzysku ciepła, skutkujące wzrostem wydajności jednostek spalinowych.

3. Grafen jako doskonały materiał do magazynowania wodoru

Grafen może się sprawdzić również w roli magazynu dla wodoru. Zbiorniki wykonane w tej technologii pozwalają nijako na przechodzenie wodoru ze stanu magazynowego w zbiorniku auta do stanu, w którym pracuje on jako paliwo. Oznacza to, że taki materiał będzie mógł pochłaniać i odzyskiwać wodór poprzez zmianę temperatury.

Przechowywany w ten sposób wodór nie będzie wraz z upływem czasu obniżał swojego stężenia, w efekcie czego zachowa swoje właściwości. Zasięg auta na jednym baku może wynosić nawet 800 km.

4. Grafen jako materiał stosowany w automatyce i elektronice
Grafen, jako ekstremalnie dobry przewodnik, może zastąpić krzem w procesorach, przez co znacząco przyspieszyć i zmniejszyć jednostki obliczeniowe. Mówi się także o zastosowaniu materiału w bateriach, dzięki czemu ładowanie nie zajmie już kilkunastu minut, a zaledwie kilka sekund.

Elastyczne cechy grafenu będą z całą pewnością wykorzystane przy produkcji superczułych elastycznych ekranów. Wyobraźcie sobie całe kabiny zapełnione tymi wyświetlaczami po to, aby odpowiednio spersonalizować wnętrze auta.

5. Grafen jako niezależna powłoka antykorozyjna

Grafen doskonale się sprawdza w roli zabezpieczenia antykorozyjnego. Jego skuteczność do tej pory wykazano na miedzi i niklu. Po wystawieniu próbek na czynniki korozjotwórcze okazało się, że zabezpieczona miedź korodowała 7 razy wolniej od odsłoniętej, a nikiel – 20 razy wolniej.

Tekst: PM