Is grafeen die volgende koolstofvesel?

INHOUDSOPGAWE:

Is grafeen die volgende koolstofvesel?
Is grafeen die volgende koolstofvesel?

Video: Is grafeen die volgende koolstofvesel?

Video: Is grafeen die volgende koolstofvesel?
Video: What If You Were Injected With Graphene? #Shorts 2024, Maart
Anonim

Ontdek in 'n potloodvlek, kan grafeen die nuwe supermateriaal wees wat die fietsbedryf transformeer?

Op die oog af is grafeen 'n eenvoudige materiaal. Dit is 'n enkele laag koolstofatome wat 0,3 nanometer dik is - 'n miljoen keer dunner as die papier van hierdie tydskrif. Tog is dit 150 keer sterker as staal en 20% meer elasties. Dit gelei elektrisiteit beter as koper of goud, teen 'n spoed van een miljoen meter per sekonde. Dit gooi vinnig hitte af. Dit is deursigtig sowel as heeltemal ondeurdringbaar, en dit behoort dieselfde impak in die 21ste eeu te hê as koolstofvesel in die 20ste en staal in die 19de. Geen wonder dat die twee materiaalwetenskaplikes aan die Universiteit van Manchester wat dit in 2003 ontdek het nie, Andre Geim en Konstantin Novoselov, vinnig na 'n Nobelprys en ridders gevorder is. Maar wat het dit met fietse te doen?

Graphene se vroeë aannemers

Die eerste fietsryprodukte wat grafeen bevat, begin die mark tref. Vittoria gebruik grafeen in sy nuutste koolstof Qurano-vellings (sien p20) en Catlike gebruik dit ook in sy reeks-topper Mixino-helm. Gepasmaakte koolstofraambouer Richard Craddock van Craddock Cycles sê: 'Daar is tans baie opgewondenheid oor grafeen, maar dit is slegs die eerste pogings. Soos elke nuwe materiaal, is die volle potensiaal daarvan nog nie bekend nie, maar dit is heel waarskynlik dat die maksimum voordeel nie as 'n plaasvervanger vir koolstof is nie, maar as 'n verbetering. Ek sal dit gebruik wanneer dit bewys is.’

Paul Wiper, navorsingsmedewerker by die National Graphene Institute by Manchester University, sê: 'Graphene kan die meganiese eienskappe van 'n saamgestelde materiaal verbeter, aangesien dit die spanning kan deel wanneer dit by die epoksieharsmatriks gevoeg word en dit stywer maak. Jy moet egter die balans reg kry. Baie grafeen, sê 10 of 20% van die matriks, sal dit regtig styf maak, maar dit sal ook bros wees.'

Sy kollegas vervolmaak tans die gebruik van grafeen in saamgestelde rame vir lugvaart, en die Spaanse motorvervaardiger Spanje sluit dit reeds in sy GTA-supermotoronderstel in. So kan fietsrame volgende wees? "Daar is geen rede hoekom dit nie in fietsrame gebruik kan word nie en ek is seker iemand werk reeds daaraan," voorspel Wiper. Vittoria het so 'n geloof in grafeen, dit sit sy geld waar sy mond is. "Ek het toevallig vyf jaar gelede aandete geëet saam met die stigter van Directa Plus, een van die eerste grafeenfabrieke in Europa, en ek het met die idee gekom om grafeen in ons produkte te gebruik," sê Rudie Campagne, president van Vittoria. 'Toe besluit ons om in hulle te belê, om op die voorpunt te wees.'

Vittoria beweer deur grafeen in die nuwe Qurano-koolstofwiele te gebruik, het dit speekgatsterkte en laterale styfheid van die velg met tot 30% verhoog. Maar bowenal, sê Campagne entoesiasties: 'Die verbeterde hitte-afvoer van grafeen verminder die opgehoopte temperatuur van die rand [onder rem], en hou dit ver onder die drumpel waar koolstofvesel sou begin disintegreer.’

Om grafeen by koolstof te voeg, is egter nie heeltemal so eenvoudig soos om suiker by jou koffie te voeg nie. Directa Plus verskaf grafeen aan Vittoria as 'nano-plaatjies', wat net drie tot sewe atome dik is. "Die groot uitdaging was om 'n byna volmaakte verspreiding van grafeen in die meesterbatch epoksiehars vir die prepreg-koolstofplate te bereik," sê Campagne.

Sny inspirasie

Grafeen fiets
Grafeen fiets

‘Mense het dekades lank bespiegel dat grafeen in allotrope van koolstofmateriale soos grafiet, steenkool en diamant bestaan, maar niemand het geweet hoe om dit as 'n enkele tweedimensionele laag te maak nie,' sê Wiper. In 'n geïnspireerde oomblik het Geim en Novoselov begin met 'n vlek kristallyne grafiet - effektief 'n potloodmerk - wat uit veelvuldige, gestapelde lae grafeen bestaan, en met kleefband het hulle van die grafiet weggestroop. Omdat hulle nuuskierig was, het hulle dit weer en weer gedoen, totdat hulle uiteindelik 'n enkele laag geïsoleer het - suiwer grafeen. Toe het hulle dit getoets.

‘Gewoonlik wanneer jy materiaal dunner en dunner maak, verswak hul eienskappe,’ sê Geim self. ‘Maar met grafeen het ons gevind dat dinge net beter geword het.’

Laboratoriums regoor die wêreld maak nou grafeen op baie maniere, met verskillende suiwerhede, wisselende monstergroottes en bondelhoeveelhede. Catlike sê byvoorbeeld dat hy nano-vesels gebruik om die sterkte van sy Mixino-helms te behou, wat nou 10g ligter is as vorige modelle. Ander gebruik dit in die vorm van nano-linte, en Samsung en Sony beweer dat hulle maniere uitgevind het om deurlopende velle te maak. Wat egter dalk verbasend is, is dat dit nie te duur is nie. Jy kan 'n kilo nano-plaatjies vir minder as £150 koop. Soos meer weergawes van die materiaal geskep word, is dit seker dat die gebruik van die woord 'grafeen' in bemarkingsmateriaal verwarring vir verbruikers sal skep. Dit sal moeilik wees om vas te stel of 'n produk wat beweer dat dit 'grafeen-verbeter' is, werklik die sub-mikroskopiese materiaal bevat, en of dit enigsins goed doen. Dit is 'n skuiwergat wat die gewetenlose mense kan ontgin.

‘'n Laboratorium kan die materiaal toets om te sien of dit werk soos beweer word, maar jy sal 'n chemiese toets moet doen om seker te maak dat grafeen teenwoordig is,' sê Wiper. En aangesien grafeen in die meeste vorme van koolstof bestaan, selfs steenkoolstof, kan dit die hel van die handelsbeskrywingswet wees. Maar in die regte hande is sy belofte vir die fietsrybedryf groot. Potensiële gebruike vir grafeen sluit in die voorkoming van korrosie op blootgestelde dele soos vellings, kettingringe en speke, of, as dit in koolstofkomponente ingebed is, kan grafeen-nanovesels elektrisiteit gelei of selfs data oordra. Dit sal bekabeling vir elektroniese verskuiwing en fietsrekenaars verminder. Alternatiewelik kan dit spanningsmeters in koolstofnawe, -krukke, pedale, kettingringe of skoensole vorm, waar sy nanovesels kompleksiteit sal verminder en moontlik die prys van kragmeters sal verlaag.

Nano-diamante is reeds met grafeen bedek om supersmeermiddels te skep, wat byna alle wrywing van laers kan uitskakel, en superhelder, grafeen-verbeterde LED's word so gou as volgende jaar belowe.'n Grafeen-superkapasitor kan moontlik meer energie stoor as enige bestaande batterye, dus sal aansienlik ligter elektroniese verskuiwingkomponente ook moontlik gemaak word. Wat meer is, proewe van die inbedding van grafeenelektrodes in polipropileenvesels is ook aan die gang, so daar is selfs 'n mate van potensiaal vir toekomstige insluiting in kleredrag. Dit is op hierdie stadium hipoteties, maar daar kan 'n tydstip wees wanneer jou trui en kortbroek slim word, jou hartklop, bloeddruk, temperatuur, sweettempo en selfs die aktiwiteit van individuele spiere waarneem. Dit lyk regtig of die gebruike en voordele daarvan min perke het.

‘Graphene is natuurlik so nuut dat die toepassings daarvan eers begin bestudeer word,’ sê Campagne. 'Dit sal baie jare van fundamentele en toegepaste studie neem om met groot nuwe verbeterings van bestaande produkte of nuwe toepassings en verfynings vorendag te kom. Die reis begin nou eers.’

Aanbeveel: