Druk 3D z grafenu?

Grafen to materiał przyszłości, który stosunkowo niedawno przeszedł proces materializacji ze stronic teoretycznych opracowań naukowych – do sal laboratoryjnych i pracowni technologicznych. Wkrótce ma zrewolucjonizować świat jaki znamy. Wszystko za sprawą jego niezwykłych właściwości fizycznych: jest to najcieńszy znany nauce materiał o równocześnie najwyższej wytrzymałości – 200 razy większej od stali. Jest całkowicie przezroczysty i rozciąga się do 20% swojej powierzchni bez utraty właściwości. Dodatkowo przewodzi prąd równie dobrze jak miedź. Ma tylko jedną wadę – jest trudny do uzyskania i ekstremalnie drogi. To może się lada moment zmienić, ponieważ polscy naukowcy opracowali właśnie nowatorską metodę jego produkcji, obniżającą znacząco cenę tego materiału. Jaki ma to związek z drukiem 3D? Dwa tygodnie temu powstała spółka naukowo badawcza, pracująca nad wykorzystaniem grafenu w druku 3D!

Grafen ma odmienić sposób w jaki tworzona jest elektronika i ma mieć znaczący wpływ na nasze życie w przyszłości. Czym jednak jest ten materiał i co stanowi o jego wyjątkowości? Grafen jest płaską strukturą złożoną z atomów węgla, połączonych w sześciokąty. Wizualnie (oczywiście w mikroskopijnym powiększeniu)  przypomina plaster miodu. Jego koncepcja została po raz pierwszy opisana przez PR Wallace`a w połowie lat 40-tych XX wieku, chociaż dość szybko pojawiło się szereg głosów, że tego typu materiał jest niemożliwy do stworzenia. Przełom nastąpił dopiero w 2004 roku, gdy amerykańskim badaczom udało się uzyskać materiał znany do tej pory wyłącznie z naukowych opracowań.

Jak wspomniałem na wstępie zaletą grafenu są jego niewiarygodne, praktycznie wykluczające się nawzajem właściwości fizyczne. Jest równocześnie najcieńszym i najwytrzymalszym materiałem. Jest transparentny, jednakże na tyle gęsty, że nie przepuści nawet jednego atomu helu. Jest ciągliwy. Przewodzi świetnie prąd i ciepło. Jest najlepszy. Jest też najdroższy…

Do tej pory najłatwiejszą metodą pozyskiwania grafenu było mechaniczne odrywanie go za pomocą taśmy klejącej z wysokiej jakości grafitu. Niestety technika ta ma dość niską efektywność i nadaje się do wytworzenia materiału o charakterze badawczym, nie przemysłowym. Dużo bardziej popularną i tańszą technologią było osadzanie grafenu z fazy gazowej na metalach. Niestety i w tym przypadku koszt produkcji był wciąż dość wysoki, a jakość pozyskanego materiału była niższa niż w przypadku pierwszej metody, co dyskwalifikowało go do produkcji przemysłowej.

Tymczasem polskim naukowcom z Politechniki Łódzkiej wspólnie z warszawskim Instytutem Technologii Materiałów Elektronicznych i firmą Seco-Warwick ze Świebodzina, udało się stworzyć technologię opierającą się na osadzaniu chemicznym, pozwalającą na wytworzenie grafenu wysokiej jakości przy niskich kosztach! Czyżby Polska miała szansę stać się światową potęgą w produkcji tego niesamowitego materiału? Zanim popadniemy w przesadny entuzjazm i ogłosimy to kolejną niewiarygodną szansą dla naszego kraju, na miarę gazu łupkowego, przejdźmy na moment dalej, do kwestii druku 3D i… naszych wschodnich sąsiadów.

Amerykańska firma zajmująca się badaniem grafenu – American Graphite Technologies ogłosiła w kwietniu tego roku rozpoczęcie prac nad projektem sprawdzającym możliwości wykorzystania tego materiału w druku 3D. W październiku firma weszła formalnie we współpracę z Naukowo-Technologicznym Centrum na Ukrainie (STCU), rozpoczynając projekt o nazwie P600. W skład tego projektu wejdą takie firmy i instytucje jak AGIN, Przedsiębiorstwo Naukowo-Produkcyjne „Odnawialne Źródła Energii i Technologii Eksploatacji” (RESST), Narodowe Centrum Nauki KIPT na Ukrainie, czy Narodowa Akademia Nauki na Ukrainie. Zespół badawczy będzie składał się z 10 naukowców, którzy będą badać temat w obrębie nanotechnologii, druku 3D, fizyki ciał stałych, fizyki materiałowej i cieplnej. Celem projektu jest wynalezienie lub określenie czy jest to w ogóle możliwe, materiału zawierającego grafen, nadającego się do druku 3D w każdej dostępnej obecnie technologii.

American Graphite Technologies będzie finansować projekt przez co najmniej rok (z opcją przedłużenia o kolejne lata), w zamian za wszelkie intelektualne prawa do wyników prowadzonych badań. Innymi słowy, ukraińscy naukowcy będą wymyślać technologię rewolucjonizującą być może świat druku 3D, a amerykańska firma będzie nią później handlować. Klasyczny układ, gdzie bogaty wykorzystuje wiedzę biednego do dalszego bogacenia się. Ciekawe, że całemu przedsięwzięciu patronuje Narodowa Akademia Nauki Ukrainy. Hmm… „narodowa„…?

Grafen daje nam zupełnie nowe, niewiarygodne możliwości, co pokazuje chociażby powyższy film autorstwa 3M. Jednakże za nim do tego dojdzie czeka nas jeszcze bardzo długa droga. Aktualnie jest to materiał laboratoryjny, nad którym wciąż są prowadzone badania i próby wykorzystania go do komercyjnych zastosowań. Minie sporo czasu zanim zostaną opracowane i wdrożone linie produkcyjne będące w stanie go wykorzystywać. To samo tyczy się druku 3D. Póki co nie należy traktować tego tematu jako wstępnej koncepcji czegoś, co w przyszłości może okazać się przełomowe dla tej technologii. Na chwilę obecną grafen jest wciąż tak abstrakcyjnym materiałem, że nie bardzo wiadomo nawet jak go w pełni wykorzystać?

A wracając do tematu polskich naukowców, rozpoczynających właśnie produkcję najlepszego i najtańszego grafenu na Ziemi: bardzo bym chciał, aby Polska stała się przynajmniej jednym z najważniejszych dostawców tego typu materiału (czy jakiejkolwiek innej nowoczesnej technologii) na świecie. Jednkaże to co wydaje się najbardziej prawdopodobne, to scenariusz ukraiński – wejście dużego, amerykańskiego kapitału i drenaż polskiej myśli technologicznej w zamian za dolary. I to przy udziale najważniejszych ośrodków naukowych, mających w nazwie „narodowy” tak samo jak za naszą wschodnią granicą.

Po prostu różne narody wykształciły na przestrzeni wieków różny rodzaj inteligencji – jedne inteligencję naukową i techniczną, inne… biznesową. Tak działa świat.

Źródło: www.3ders.org / www.wp.pl