Μπορεί σήμερα ελάχιστοι να γνωρίζουν την ύπαρξή του, σε λίγα χρόνια όμως πιθανόν να αναρωτιόμαστε πως ζούσαμε χωρίς αυτό!

Ο λόγος για το γραφένιο, ένα πρωτοποριακό υλικό, περίπου ένα εκατομμύριο φορές λεπτότερο από ένα φύλλο χαρτιού, σχεδόν ορατό με γυμνό μάτι,  ισχυρότερο από το διαμάντι , 200 φορές ισχυρότερο από το ατσάλι, με χίλιες φορές μεγαλύτερη αγωγιμότητα από τον χαλκό, εξαιρετικά ελαφρύ και ευλύγιστο.

Τα καταπληκτικά χαρακτηριστικά του όμως δεν σταματούν εδώ! Πρόκειται ουσιαστικά για το πρώτο δισδιάστατο (2D) υλικό, αφού αποτελείται από μία και μοναδική στρώση ατόμων. Παρά το σχεδόν μηδενικό του πάχος, παρουσιάζει μια απροσδόκητα μεγάλη αδιαφάνεια, απορροφά περίπου το 2,3% του λευκού φωτός. Το φυσικό γραφένιο είναι ένα ημι-μέταλλο ή μηδενικού κενού ημιαγωγός.

Και που μπορούμε να βρούμε αυτό το απίθανο υλικό; Παντού! Είναι το 4ο σε πιο κοινό στοιχείο στο σύμπαν: Ο καθαρός άνθρακας! Όχι όμως με την μορφή κρυστάλλων που σχηματίζουν τα γνωστά μας διαμάντια, αλλά από μονοστρωματικά άτομα άνθρακα καλά διατεταγμένα σε ένα δισδιάστατο πλέγμα κυψελών.

Καταπληκτική όμως είναι και η ανακάλυψή του: Ο εξοπλισμός εργαστηρίων με τον οποίο επιχειρούσαν οι επιστήμονες να κόψουν από ένα κομμάτι γραφίτη μια πολύ λεπτή φλούδα, ώστε να αποκτήσουν γραφένιο, αποδείχθηκε άχρηστος, αφού δεν κατάφεραν να αποσπάσουν φλούδα μικρότερη των 50 στρωμάτων ατόμων άνθρακα.

Αντίθετα εξαιρετικά χρήσιμο αποδείχθηκε το σελοτέιπ! «Το χρησιμοποιούσαμε για να καθαρίζουμε την επιφάνεια του γραφίτη και το πετούσαμε στο καλάθι των άχρηστων. Κάποια ημέρα είχαμε τη φαεινή ιδέα να πάρουμε ένα κομμάτι σελοτέιπ από το καλάθι και να το βάλουμε κάτω από το μικροσκόπιο. Τότε είδαμε διάφανα κομμάτια γραφίτη-γραφένιου», αφηγείται Andre Geim στο CNN.

Την πατρότητα της ανακάλυψης έχουν οι ερευνητές Andre Geim και ο Kostya Novoselov, που τιμήθηκαν για τον λόγο αυτό, με το βραβείο Νόμπελ το 2010.

Εκατοντάδες εργαστήρια ανά τον κόσμο, συμμετέχουν σε έναν αγώνα διαρκείας, για την κατωχύρωση ευρεσιτεχνιών με επίκεντρο το γραφένιο. Σύμφωνα με το CambridgeIP έχουν κατατεθεί περίπου 7.500 ανάλογες πατέντες τα τελευταία χρόνια.

Οι πιθανές εφαρμογές του είναι αμέτρητες:

• Διαφανές ηλεκτρόδιο σε Οργανικές Ηλεκτρονικές Διατάξεις
• Μπαταρίες
• Ηλεκτρονικά κυκλώματα
• Αισθητήρες
• Φακοί επαφής
• Ενισχυμένα πολυμερή
• Εύκαμπτες οθόνες και κυκλώματα
• Αποθήκευση υδρογόνου
• Αεροδιαστημικά υλικά
• και πολλές άλλες εφαρμογές πέρα από κάθε φαντασία…

Και μία Ελληνική πρωτιά…

Ο Φαίδων Αβούρης επικεφαλής του τομέα νανοεπιστήμης και νανοτεχνολογίας της IBM, καθοδήγησε του ερευνητές της εταιρείας σε μια παγκόσμια πρωτιά: ενοποίησαν τρανζίστορ από γραφένιο και ένα ζεύγος πηνίων επαγωγικής αντίστασης πάνω σε μια πλακέτα από καρβίδιο του πυριτίου, δημιουργώντας ένα ενιαίο και μοναδικό «τσιπ».

Η δυσκολία του εγχειρήματος συνίσταται στο γεγονός ότι το γραφένιο δεν κολλά πολύ καλά στα μέταλλα και τα οξείδια, τα οποία χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία παραγωγής ημιαγωγών. Το νέο ολοκληρωμένο κύκλωμα από γραφένιο λειτουργεί σε ραδιοσυχνότητες μέχρι 10 GHz και είναι κατ' εξοχήν κατάλληλο για συστήματα ασύρματων επικοινωνιών.

Η ομάδα του Αβούρη (Nanometer Scale Science and Technology), στην οποία μετέχει ο, επίσης, ελληνικής καταγωγής ερευνητής Χρήστος Δημητρακόπουλος, σχεδιάζει την ανάπτυξη ακόμη πιο πολύπλοκων κυκλωμάτων για πιο εξελιγμένες συσκευές.

Μεταξύ άλλων, οι ερευνητές πιστεύουν ότι είναι δυνατόν στο μέλλον, να συνδυάσουν γραφένιο και πυρίτιο και να δημιουργήσουν «υβριδικά» κυκλώματα με νέες λειτουργικές δυνατότητες.

Το μέλλον...

"Συνήθως ένα νέο υλικό χρειάζεται περίπου 40 χρόνια για να περάσει από το ακαδημαϊκό εργαστήριο στην βιομηχανική παραγωγή ως καταναλωτικό προϊόν" αναφέρει ο καθηγητής Andre Geim. Στην περίπτωση του γραφενίου όλα έγιναν πολύ γρήγορα και όπως υπογραμμίζει «δεν τολμώ να προβλέψω το μέλλον, αλλά αν κρίνω από την ταχύτητα αξιοποίησης του τα τελευταία δέκα χρόνια, τότε να περιμένουμε να δούμε σύντομα το γραφένιο παντού». 

Το μεγάλο στοίχημα είναι κατασκευή γραφενίου υψηλής ποιότητας και καθαρότητας, με εύκολο τρόπο, χωρίς μεγάλο κόστος και σε μεγάλες ποσότητες. Προς το παρόν είναι δυνατή η παραγωγή γραφενίου με οικονομικό και εύκολο τρόπο σε μεγάλες ποσότητες, όμως υστερεί σε ποιότητα. Αντίθετα καλής ποιότητας γραφένιο, παράγεται πολύ δύσκολα. Εκτιμάται όμως ότι σύντομα τα προβλήματα παραγωγής του θα αποτελούν παρελθόν. 

Πηγές: Βικιπαίδεια, Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας, econews.gr, Nanosciences & Nanotechnologies, Videoman