Γραφένιο το …μέλλον μας

Το 2014 συμπληρώνονται δέκα χρόνια από την ανακάλυψη του γραφένιου, από τους φυσικούς Andre Geim και Kostya Novoselow, καθηγητές στο πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, στους οποίους το 2010 απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ για τη Φυσική.

Πρόκειται για το λεπτότερο και ελαφρύτερο υλικό, πάχους μόλις ενός ατόμου, δηλαδή περίπου ένα εκατομμύριο φορές λεπτότερο από ένα φύλλο χαρτιού, που παρόλα αυτά μπορεί κανείς να δει σχεδόν με γυμνό μάτι, το πρώτο με διάσταση 2D, που σημαίνει ότι μπορεί να απλωθεί στις δυο διαστάσεις και μια ελάχιστη ποσότητα του να καλύψει ένα γήπεδο ποδοσφαίρου, εξαιρετικά ισχυρό, ισχυρότερο από το διαμάντι και 200 φορές ισχυρότερο από το ατσάλι, με εξαιρετική αγωγιμότητα, άγει τον ηλεκτρισμό χίλιες φορές ταχύτερα και καλύτερα από το χαλκό, με ανεξάντλητες εφαρμογές. Δικαίως αποκαλείται το «υλικό θαύμα».

Θαύμα, ωστόσο, αποτέλεσε και η ανακάλυψή του, αφού ο εξοπλισμός εργαστηρίου με τον οποίο επιχειρούσαν οι επιστήμονες να κόψουν από ένα κομμάτι γραφίτη μια πολύ λεπτή φλούδα, ώστε να αποκτήσουν γραφένιο, αποδείχθηκε άχρηστος, ενώ εξαιρετικά χρήσιμο αποδείχθηκε το σελοτέιπ. «Το χρησιμοποιούσαμε για να καθαρίζουμε την επιφάνεια του γραφίτη και το πετάγαμε 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.com. Την αρχική έκπληξη διαδέχθηκε μια ακόμη μεγαλύτερη. Οι δυο επιστήμονες, όπως κι όλοι οι συνάδελφοί τους ανά τον κόσμο, ζώντας σε ένα τρισδιάστατο κόσμο, είχαν εμπεδωμένη την άποψη ότι υλικό 2D δεν μπορεί να υπάρχει. Κι όμως, το γραφένιο είναι δισδιάστατο !

Οι μοναδικές ιδιότητές του προσέλκυσαν το ενδιαφέρον ερευνητών και εργαστηρίων σε όλο τον κόσμο και ήδη χρησιμοποιείται ή σκοπεύεται να χρησιμοποιηθεί για ενίσχυση πλαστικών, καθιστώντας τα αγώγιμα ταυτόχρονα, σε οθόνες των κινητών τηλεφώνων, οθόνες αφής, οθόνες τηλεόρασης κλπ., όπως, επίσης, σε αντικατάσταση της τεχνολογίας πυριτίου, για την κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, πυκνότερων και ταχύτερων από τα σημερινά. Κι αυτές είναι μόνο ελάχιστες από τις εφαρμογές που μελετώνται διεθνώς.

«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 γραφένιου όλα έγιναν πολύ γρήγορα και όπως υπογραμμίζει «δεν τολμώ να προβλέψω το μέλλον, αλλά κρίνω από την ταχύτητα αξιοποίησης του τα τελευταία δέκα χρόνια, τότε να περιμένουμε να δούμε σύντομα το γραφένιο παντού». Κυβερνήσεις και περισσότερες από 100 εταιρείες στον κόσμο, δαπανούν δισεκατομμύρια για την έρευνα εφαρμογής του υλικού, προσθέτει.

Ελληνική πρωτιά

Φαίδων Αβούρης

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 έναζεύγος 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.

Διεθνής έρευνα με ελληνική συμμετοχή

Στην Ευρώπη, 126 ερευνητικές ομάδες από 17 κράτη-μέλη της ΕΕ, συμμετέχουν στην έρευνα για νέες εφαρμογές του γραφένιου, έχοντας σταθερή χρηματοδότηση από τα κοινοτικά ταμεία ενός δισεκατομμυρίου ευρώ, επί δέκα χρόνια !

Στο πανευρωπαϊκό αυτό πρόγραμμα, από τη χώρα μας, μετέχουν τρία ανώτατα εκπαιδευτικά ιδρύματα, με …παράδοση στην έρευνα για τις νέες τεχνολογίες: το Ίδρυμα Τεχνολογίας & Έρευνας (ΙΤΕ), το Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων και το Ανώτατο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα (ΑΤΕΙ) Κρήτης.