Môže byť grafén objavený v rozmazanej ceruzke tým novým super materiálom, ktorý transformuje cyklistický priemysel?
Na prvý pohľad je grafén jednoduchý materiál. Je to jedna vrstva uhlíkových atómov s hrúbkou 0,3 nanometra – miliónkrát tenšia ako papier tohto časopisu. Napriek tomu je 150-krát pevnejšia ako oceľ a o 20 % pružnejšia. Vedie elektrinu lepšie ako meď alebo zlato, rýchlosťou milión metrov za sekundu. Rýchlo uvoľňuje teplo. Je priehľadný a zároveň úplne nepriepustný a v 21. storočí by mal mať rovnaký vplyv ako uhlíkové vlákna v 20. a oceľ v 19. storočí. Niet divu, že dvaja vedci z univerzity v Manchestri, ktorí ho objavili v roku 2003, Andre Geim a Konstantin Novoselov, sa rýchlo dostali k Nobelovej cene a rytierskym titulom. Ale čo to má spoločné s bicyklami?
Prví používatelia Grafenu
Na trh sa začínajú dostávať prvé cyklistické produkty obsahujúce grafén. Vittoria používa grafén vo svojich najnovších karbónových ráfikoch Qurano (pozri str. 20) a Catlike ho používa aj vo svojej špičkovej prilbe Mixino. Vlastný karbónový rámový konštruktér Richard Craddock z Craddock Cycles hovorí: „Teraz je okolo grafénu veľa vzrušenia, ale toto sú len prvé nájazdy. Ako každý nový materiál, jeho plný potenciál ešte nie je známy, ale s najväčšou pravdepodobnosťou maximálny prínos nie je ako náhrada uhlíka, ale ako vylepšenie. Použil by som to, keď sa to preukáže.‘
Paul Wiper, výskumný pracovník Národného inštitútu grafénu na Manchesterskej univerzite, hovorí: „Grafén môže zlepšiť mechanické vlastnosti kompozitu, pretože môže zdieľať napätie, keď sa pridáva do matrice epoxidovej živice a robí ho tuhším. Musíte však nájsť správnu rovnováhu. Veľa grafénu, povedzme 10 alebo 20 % matrice, by to urobilo naozaj tuhým, ale zároveň by to bolo krehké.'
Jeho kolegovia v súčasnosti zdokonaľujú využitie grafénu v kompozitných rámoch pre letectvo a kozmonautiku a španielsky výrobca automobilov Spania ho už zahŕňa do svojho podvozku superšportu GTA. Mohli by teda byť na rade rámy bicyklov? „Vôbec nie je dôvod, prečo by sa nedal použiť v rámoch bicyklov a som si istý, že na nich už niekto pracuje,“predpovedá Wiper. Vittoria má takú vieru v grafén, že vkladá svoje peniaze tam, kde má ústa. „Pred piatimi rokmi som mal náhodou večeru so zakladateľom Directa Plus, jednej z prvých tovární na výrobu grafénu v Európe, a prišiel som s nápadom použiť grafén v našich produktoch,“hovorí prezident Vittoria Rudie Campagne. ‘Potom sme sa rozhodli do nich investovať, aby sme boli na špici.‘
Vittoria tvrdí, že vďaka použitiu grafénu v nových karbónových kolesách Qurano sa zvýšila pevnosť dier v lúčoch a bočná tuhosť ráfika až o 30 %. Campagne však nadchýna: „Zlepšený odvod tepla grafénom znižuje akumulovanú teplotu ráfika [pri brzdení] a udržuje ho hlboko pod hranicou, pri ktorej by sa uhlíkové vlákna začali rozpadať.'
Pridanie grafénu do uhlíka však nie je také jednoduché ako pridanie cukru do kávy. Directa Plus dodáva grafén Vittorii ako „nano-doštičky“, ktoré majú hrúbku len tri až sedem atómov. „Veľkou výzvou bolo dosiahnuť takmer dokonalú disperziu grafénu v hlavnej dávke epoxidovej živice pre predimpregnované uhlíkové dosky,“hovorí Campagne.
Kúsok inšpirácie
„Ľudia už desaťročia špekulovali, že grafén existuje v alotropoch uhlíkových materiálov, ako je grafit, uhlie a diamant, ale nikto nevedel, ako ho vyrobiť ako jednu dvojrozmernú vrstvu,“hovorí Wiper. V inšpirovanom momente začali Geim a Novoselov so škvrnou kryštalického grafitu – v skutočnosti značkou ceruzkou – ktorá sa skladá z viacerých na seba naskladaných vrstiev grafénu a pomocou lepiacej pásky odstránili časť grafitu. Zo zvedavosti to robili znova a znova, až nakoniec izolovali jedinú vrstvu – čistý grafén. Potom to otestovali.
„Keď vyrábate materiály čoraz tenšie, ich vlastnosti sa zhoršujú,“hovorí sám Geim. „Ale s grafénom sme zistili, že sa veci len zlepšili.“
Laboratóriá po celom svete teraz vyrábajú grafén mnohými spôsobmi, s rôznou čistotou, rôznymi veľkosťami vzoriek a množstvom šarží. Napríklad Catlike hovorí, že používa nanovlákna na udržanie pevnosti svojich prilieb Mixino, ktoré sú teraz o 10 g ľahšie ako predchádzajúce modely. Iní ho používajú vo forme nanopások a Samsung a Sony tvrdia, že vynašli spôsoby, ako vyrobiť súvislé listy. Čo je však možno prekvapujúce, je, že to nie je príliš drahé. Kilo nano-doštičiek si môžete kúpiť za menej ako 150 libier. Keď sa vytvorí viac verzií materiálu, je isté, že použitie slova „grafén“v marketingových materiáloch spôsobí zmätok pre spotrebiteľov. Bude zložité zistiť, či produkt, ktorý tvrdí, že je „vylepšený grafénom“, skutočne obsahuje submikroskopický materiál, alebo či robí niečo dobré. Je to medzera, ktorú by bezohľadní mohli využiť.
„Laboratórium by mohlo otestovať materiál, aby zistilo, či funguje tak, ako sa tvrdí, ale museli by ste urobiť chemický test, aby ste sa uistili, že je prítomný grafén,“hovorí Wiper. A keďže grafén existuje vo väčšine foriem uhlíka, dokonca aj v uhoľnom prachu, mohlo by to byť peklo. Ale v správnych rukách je jeho prísľub pre cyklistický priemysel obrovský. Potenciálne využitie grafénu zahŕňa zabránenie korózii na exponovaných častiach, ako sú ráfiky, prevodníky a lúče, alebo ak sú grafénové nanovlákna vložené do uhlíkových komponentov, môžu viesť elektrinu alebo dokonca prenášať údaje. Tým by sa zredukovala kabeláž pre elektronické radenie a cyklopočítače. Prípadne by mohol tvoriť tenzometre v karbónových nábojoch, kľukách, pedáloch, prevodníkoch alebo podrážkach topánok, kde by jeho nanovlákna znížili zložitosť a potenciálne by znížili cenu elektromerov.
Nano-diamanty už boli potiahnuté grafénom, aby sa vytvorili supermazivá, ktoré by mohli eliminovať takmer všetko trenie ložísk, a super jasné, grafénom vylepšené LED sú sľúbené už budúci rok. Grafénový superkondenzátor môže potenciálne uložiť viac energie ako akékoľvek existujúce batérie, takže by boli možné aj podstatne ľahšie elektronické komponenty radenia. A čo viac, prebiehajú aj skúšky zabudovania grafénových elektród do polypropylénových vlákien, takže existuje dokonca určitý potenciál pre budúce začlenenie do odevov. V tejto fáze je to hypotetické, ale môže nastať okamih, keď sa váš dres a šortky stanú inteligentnejšími a budú snímať váš srdcový tep, krvný tlak, teplotu, rýchlosť potenia a dokonca aj aktivitu jednotlivých svalov. Naozaj sa zdá, že jeho využitie a výhody majú len málo hraníc.
„Graphene je očividne taký nový, že jeho aplikácie sa ešte len začínajú skúmať,“hovorí Campagne. „Bude to trvať mnoho rokov základného a aplikovaného štúdia, kým prídete so skvelými novými vylepšeniami existujúcich produktov alebo s novými aplikáciami a vylepšeniami. Cesta sa ešte len začína.‘
