Графен за убојити сервис и ватрогасни штит

Новак Ђоковић стоји на сервис линији. Замах, ударац и лоптица попут ђулета руши ограду између његовог и суседног терена. Иза остатака конструкције, појављује се Нолетова колегиница Марија Шарапова и запрепаштено пита: „Шта се догодило?”

Овако се завршава рекламни спот за рекет новог тениског доба, који је компанија „Хед” лансирала 2013. године. Промотори и пилот-корисници били су управо Ђоковић и Шарапова. Тајни састојак „тениског оруђа” био је графен – додавањем овог дводимензионалног кристала угљеника између дршке и главе рекета, добијена је чвршћа конструкција, већа еластичност жица и оптималан пренос енергије при ударцу.

– Био је то први производ на тржишту који је садржавао графен. Његове могућности су огромне, верује се да ће, заједно с другим наноматеријалима, преобразити привреду 21. века – каже др Марко Спасеновић, виши научни сарадник у Институту за хемију, технологију и металургију (ИХТМ) и руководилац шесточланог тима пројекта „Грамулсен”. Тема истраживања је примена графена у сензорима за детекцију опасних гасова, а финансира га Фонд за науку у оквиру програма ПРОМИС 2000‒2002.

За графен, од дијаманта потенцијално драгоценији појавни облик угљеника, теоријски се знало још средином прошлог века, али се сматрало да материјал „дебљине” једног атома није могуће добити у пракси. Ипак, то је 2004. успело руским научницима Константину Новоселову и Андреју Гајму. Они су у лабораторији Универзитета у Манчестеру раслојавањем већег кристала графита дошли до тог фамозно танког слоја од 0,34 нанометра (три милионити део милиметра). А том скоро прозирном материјалу, измерена је највиша механичка чврстоћа – скоро 200 пута већа него код челика. „Лист” графена је шест пута лакши, 13 пута савитљивији и двоструко тврђи од свог челичног парњака. Преноси електричне импулсе 250 пута брже од силикона, а десетоструко је ефикаснији преносник топлоте од бакра.

Откриће руских истраживача било је спектакуларно до неверице – угледни научни часопис „Нејчер” два пута је одбио да објави њихов рад. Само шест година касније, Новоселов и Гајм добили су Нобелову награду за физику, а графен је постао најиспитиванији материјал икада.

– ЕУ је покренула десетогодишњи пројекат „Графен флегшип”, вредан милијарду евра. Циљ је обједињавање европских истраживача у овој области и што бржа примена резултата њиховог рада. Наш пројекат „Грамулсен” је придружени члан, у Радном пакету за сензоре – истиче Спасеновић.

Како каже, све је почело 2014, истраживањем опто-електричних својстава графена. Унапређивањем већ знаних метода, наши научници су дошли до танких слојева од течно ексфолираног графена, најквалитетнијих који су икада и игде добијени.

– Током експеримената, примећено је да ова врста графена јако реагује на хемикалије, промену температуре и влажности ваздуха. То ме је навело на закључак да би наши танки слојеви били одличан гасни сензор. Истраживања смо усмерили у том правцу и тако је рођен „Грамулсен” – објашњава наш саговорник.

Циљ овог пројекта је конструисање уређаја малих димензија који би био „безбедносни осигурач” за људе који раде у окружењу опасних гасова.

– Такав уређај би ватрогасци носили на заштитном оделу приликом интервенције. Сензор би податке о томе шта се налази у ваздуху слао у централу, одакле би ватрогасцима стизала повратна информација, у виду упозорења на опасности, нарочито ако је пожар у петрохемијском складишту или постројењу – наводи Спасеновић.

Међутим, пут до производа је дуг и неизвестан. Амбиција његовог тима је да током две године трајања пројекта направе алгоритам на чипу графенског сензора, који детектује присуство угљен-диоксида, промену влажности ваздуха и температуре – у лабораторијским условима.

– Нигде у свету није лако комерцијализовати резултате научног рада. Инвеститор најпре процењује исплативост, сондира тржиште, у посао улази тек ако закључи да може имати профит – објашњава наш саговорник, који се 15 година школовао и радио у иностранству, од Канаде, преко Холандије до Шпаније.

Проблем с графеном је и то што је још превише скуп за примену у масовној производњи. Али све је присутнији, не само због изузетних својстава већ и због еколошке подобности, јер се може рециклирати. У индустрији спортске опреме, осим за рекете, користи се за ђонове спринтерских патика, као и за рамове тркачких бицикала. Прозиран је, а чврст и савитљив, што га чини идеалним за додирне екране (тач-скрин), као и за оптичке сензоре. Потенцијал у авио-индустрији демонстриран је на ултралаким беспилотним летелицама. Спасеновић истиче истраживања која доказују да би графен могао да процес претварања морске у воду за пиће (десалинизација), учини од сто до чак хиљаду пута ефикаснијим, што би решило један од највећих планетарних проблема.

– За нас у Србији је велика ствар што смо средствима добијеним од Фонда за науку купили нову лабораторијску опрему, чиме су истраживања подигнута на светски ниво. Важно је да држимо корак с државама-лидерима у овој области и да се и наш глас чује. А имамо шта да кажемо – закључује др Марко Спасеновић.