Descoperit într-o pată de creion, ar putea fi grafenul noul super material care transformă industria bicicletelor?
Pe față, grafenul este un material simplu. Este un singur strat de atomi de carbon cu o grosime de 0,3 nanometri – de un milion de ori mai subțire decât hârtia acestei reviste. Cu toate acestea, este de 150 de ori mai puternic decât oțelul și cu 20% mai elastic. Conduce electricitatea mai bine decât cuprul sau aurul, cu o viteză de un milion de metri pe secundă. Revarsă rapid căldura. Este transparentă, precum și total impermeabilă și ar trebui să aibă același impact în secolul 21 ca fibra de carbon în secolul 20 și oțelul în secolul al 19-lea. Nu e de mirare că cei doi oameni de știință în materie de materiale de la Universitatea Manchester care au descoperit-o în 2003, Andre Geim și Konstantin Novoselov, au fost îndreptați către un premiu Nobel și titluri de cavaler. Dar ce legătură are asta cu bicicletele?
Primii adoptatori ai Graphene
Primele produse pentru ciclism care conțin grafen încep să apară pe piață. Vittoria folosește grafen în cele mai recente jante din carbon Qurano (vezi p20), iar Catlike îl folosește și în casca sa Mixino de vârf. Richard Craddock, constructor de cadru personalizat din carbon, de la Craddock Cycles, spune: „Există multă entuziasm în ceea ce privește grafenul în acest moment, dar acestea sunt doar primele incursiuni. Ca orice material nou, întregul său potențial nu este încă cunoscut, dar cel mai probabil beneficiul maxim nu este ca un înlocuitor pentru carbon, ci ca o îmbunătățire. L-aș folosi când va fi dovedit.’
Paul Wiper, asociat de cercetare la Institutul Național al Grafenului de la Universitatea Manchester, spune: „Grafenul poate îmbunătăți proprietățile mecanice ale unui compozit, deoarece poate împărți tulpina atunci când este adăugat la matricea de rășină epoxidice și îl poate face mai rigid. Trebuie totuși să obțineți echilibrul corect. O mulțime de grafen, să zicem 10 sau 20% din matrice, ar face-o cu adevărat rigidă, dar ar fi și fragilă.’
Colegii săi perfecționează în prezent utilizarea grafenului în cadrele compozite pentru industria aerospațială, iar producătorul spaniol de mașini Spania îl include deja în șasiul său de supercar GTA. Deci ar putea urma cadrele de biciclete? „Nu există niciun motiv pentru care să nu poată fi folosit în cadrele de biciclete și sunt sigur că cineva lucrează deja la ele”, prezice Wiper. Vittoria are atât de multă încredere în grafen, încât își pune banii acolo unde este gura. „Am luat cina acum cinci ani cu fondatorul Directa Plus, una dintre primele fabrici de grafen din Europa, și mi-a venit ideea de a folosi grafenul în produsele noastre”, spune președintele Vittoria, Rudie Campagne. „Atunci am decis să investim în ele, să fim la vârf.”
Vittoria susține că, prin utilizarea grafenului în noile roți din carbon Qurano, a crescut rezistența găurii spițelor și rigiditatea laterală a jantei cu până la 30%. Dar, mai presus de toate, Campagne se entuziasmează: „Disiparea îmbunătățită a căldurii a grafenului reduce temperatura acumulată a jantei [la frânare], menținând-o cu mult sub pragul în care fibra de carbon ar începe să se dezintegreze.’
Adăugarea grafenului la carbon nu este la fel de simplă ca adăugarea zahărului în cafea. Directa Plus furnizează grafen către Vittoria sub formă de „nano-trombocite”, care au o grosime de doar trei până la șapte atomi. „Marea provocare a fost să obținem o dispersie aproape perfectă a grafenului în lotul principal de rășină epoxidice pentru foile de carbon preimpregnate”, spune Campagne.
Felie de inspirație
„Oamenii au speculat de zeci de ani că grafenul ar exista în alotropii materialelor carbonice precum grafitul, cărbunele și diamantul, dar nimeni nu știa cum să-l facă ca un singur strat bidimensional”, spune Wiper. Într-un moment inspirat, Geim și Novoselov au început cu o pată de grafit cristalin - de fapt un semn de creion - care este compus din mai multe straturi stivuite de grafen și, folosind bandă lipicioasă, au îndepărtat o parte din grafit. Fiind curioși, au făcut-o din nou și din nou, până când în cele din urmă au izolat un singur strat – grafen pur. Apoi l-au testat.
‘De obicei, când faci materiale din ce în ce mai subțiri, proprietățile lor se deteriorează”, spune Geim însuși. „Dar cu grafen am descoperit că lucrurile doar s-au îmbunătățit.”
Laboratoarele din întreaga lume produc acum grafen în multe feluri, cu purități diferite, dimensiuni diferite ale eșantioanelor și cantități de lot. De exemplu, Catlike spune că folosește nanofibre pentru a menține rezistența căștilor sale Mixino, care sunt acum cu 10 g mai ușoare decât modelele anterioare. Alții îl folosesc sub formă de nano-panglici, iar Samsung și Sony susțin că au inventat modalități de a face foi continue. Ceea ce este probabil surprinzător este că nu este prea scump. Puteți cumpăra un kilogram de nano-trombocite cu mai puțin de 150 de lire sterline. Pe măsură ce se creează mai multe versiuni ale materialului, este sigur că utilizarea cuvântului „grafen” în materialul de marketing va crea confuzie pentru consumatori. Va fi dificil să se stabilească dacă un produs care pretinde a fi „îmbunătățit cu grafen” conține într-adevăr material sub-microscopic sau dacă face ceva bun. Este o lacună pe care cei fără scrupule ar putea-o exploata.
„Un laborator ar putea testa materialul pentru a vedea dacă funcționează așa cum este susținut, dar ar trebui să faceți un test chimic pentru a vă asigura că este prezent grafenul”, spune Wiper. Și deoarece grafenul există în majoritatea formelor de carbon, chiar și în praful de cărbune, ar putea fi iadul Trades Description Act. Dar, în mâinile potrivite, promisiunea sa pentru industria ciclismului este vastă. Utilizările potențiale ale grafenului includ prevenirea coroziunii pe părțile expuse, cum ar fi jantele, lanțurile și spițele, sau, dacă sunt încorporate în componente de carbon, nanofibrele de grafen ar putea conduce electricitatea sau chiar transfera date. Acest lucru ar reduce cablarea pentru schimbătorul electronic de viteze și computerele pentru biciclete. Alternativ, ar putea forma tensiometre în butuci de carbon, manivele, pedale, lanțuri sau tălpi de pantofi, unde nanofibrele sale ar reduce complexitatea și ar putea reduce prețul contoarelor de putere.
Nano-diamantele au fost deja acoperite cu grafen pentru a crea super-lubrifianți, care ar putea elimina aproape toată frecarea lagărelor, iar LED-urile super-luminoase, îmbunătățite cu grafen sunt promise de îndată ce anul viitor. Un supercondensator cu grafen poate stoca mai multă energie decât orice baterie existentă, astfel încât componente electronice de schimbare substanțial mai ușoare ar fi, de asemenea, posibile. În plus, sunt în curs de desfășurare și teste de încorporare a electrozilor de grafen în fibre de polipropilenă, așa că există chiar și un potențial de includere în viitor în articolele de îmbrăcăminte. Este ipotetic în această etapă, dar ar putea exista un moment în care tricoul și pantalonii tăi devin inteligente, simțindu-ți ritmul cardiac, tensiunea arterială, temperatura, rata transpirației și chiar activitatea mușchilor individuali. Într-adevăr, se pare că utilizările și beneficiile sale au puține limite.
„Grafenul este evident atât de nou încât aplicațiile sale abia încep să fie studiate”, spune Campagne. „Va fi nevoie de mulți ani de studii fundamentale și aplicate pentru a veni cu noi îmbunătățiri mari ale produselor existente sau noi aplicații și perfecționări. Călătoria abia începe.’
