התגלה בכתמת עיפרון, האם גרפן יכול להיות חומר העל החדש שהופך את תעשיית האופניים?
על פניו, גרפן הוא חומר פשוט. זוהי שכבה אחת של אטומי פחמן בעובי 0.3 ננומטר - דקה פי מיליון מהנייר של המגזין הזה. עם זאת, הוא חזק פי 150 מפלדה ואלסטי ב-20%. הוא מוליך חשמל טוב יותר מנחושת או זהב, במהירות של מיליון מטרים בשנייה. זה מוריד חום מהר. זה שקוף וגם אטום לחלוטין, וצריך להיות לו את אותה השפעה במאה ה-21 כמו סיבי פחמן במאה ה-20 ופלדה ב-19. לא פלא ששני מדעני החומרים באוניברסיטת מנצ'סטר שגילו אותו ב-2003, אנדרה גיים וקונסטנטין נובוסלוב, זכו במסלול מהיר לפרס נובל ולתואר אבירות.אבל מה זה קשור לאופניים?
המאמצים המוקדמים של Graphene
מוצרי הרכיבה הראשונים המכילים גרפן מתחילים לצאת לשוק. Vittoria משתמשת בגרפן בחישוקי הקוראנו האחרונים שלה מקרבון (ראה עמ' 20) וגם Catlike משתמשת בו בקסדת Mixino בעלת הטווח הגבוה שלה. בונה מסגרות פחמן בהתאמה אישית ריצ'רד קראדוק מ-Cradock Cycles אומר, 'יש הרבה התרגשות לגבי גרפן כרגע, אבל אלה רק הגיחות הראשונות. כמו כל חומר חדש, הפוטנציאל המלא שלו עדיין לא ידוע אבל סביר להניח שהתועלת המקסימלית היא לא כתחליף לפחמן אלא כשיפור. אני אשתמש בזה כשזה יוכח.'
פול וויפר, עמית מחקר במכון הלאומי לגרפן באוניברסיטת מנצ'סטר, אומר, 'גרפן יכול לשפר את התכונות המכניות של חומר מרוכב, מכיוון שהוא יכול לחלוק את המתח כאשר מוסיפים אותו למטריצת שרף האפוקסי ולהפוך אותו לקשיח יותר. עם זאת, אתה צריך למצוא את האיזון הנכון. הרבה גרפן, נניח 10 או 20% מהמטריצה, יהפוך אותו לקשיח מאוד, אבל הוא גם יהיה שביר.'
עמיתיו משכללים כעת את השימוש בגרפן במסגרות מרוכבות לתעופה וחלל, ויצרנית הרכב הספרדית ספרדיה כבר כוללת אותו בשלדת מכוניות העל שלה GTA. אז האם מסגרות אופניים יכולות להיות הבאות? "אין שום סיבה למה זה לא יכול לשמש במסגרות אופניים ואני בטוח שמישהו כבר עובד עליהם", מנבא Wiper. לוויטוריה יש כל כך אמונה בגרפן, שהיא שמה את הכסף שלה במקום שבו נמצא הפה. "במקרה אכלתי ארוחת ערב לפני חמש שנים עם מייסד Directa Plus, אחד ממפעלי הגרפן הראשונים באירופה, והגעתי לרעיון להשתמש בגרפן במוצרים שלנו", אומר נשיא ויטוריה, רודי קמפיין. "ואז החלטנו להשקיע בהם, להיות בחוד החנית."
ויטוריה טוענת ששימוש בגרפן בגלגלי הקרבון החדשים של Qurano היא העלתה את חוזק חור החישור ואת הקשיחות הצידית של החישוק עד 30%. אבל מעל הכל, קמפיין מתלהב, "פיזור החום המשופר של הגרפן מפחית את הטמפרטורה המצטברת של החישוק [תחת בלימה], ושומר אותו הרבה מתחת לסף שבו סיבי פחמן יתחילו להתפורר.'
עם זאת, הוספת גרפן לפחמן אינה פשוטה כמו הוספת סוכר לקפה. Directa Plus מספקת גרפן ל-Vittoria בתור 'ננו-טסיות דם', שעובין רק שלושה עד שבעה אטומים. "האתגר הגדול היה להשיג פיזור כמעט מושלם של גרפן באצווה הראשית של שרף אפוקסי עבור יריעות הפחמן הקדם-פרג", אומר Campagne.
נתח השראה
'אנשים שיערו במשך עשרות שנים שגרפן קיים בתוך אלוטרופים של חומרי פחמן כמו גרפיט, פחם ויהלום, אבל אף אחד לא ידע איך ליצור אותו כשכבה דו-ממדית אחת,' אומר וויפר. ברגע מעורר השראה, גיים ונובוסלוב התחילו עם כתם של גרפיט גבישי - למעשה סימן עיפרון - המורכב משכבות מרובות מוערמות של גרפן, ובאמצעות סרט דביק הם הסירו חלק מהגרפיט.בהיותם סקרנים, הם עשו זאת שוב ושוב, עד שלבסוף בודדו שכבה אחת - גרפן טהור. ואז הם בדקו את זה.
'בדרך כלל כאשר עושים חומרים דקים יותר ויותר, התכונות שלהם מתדרדרות , אומר גיים עצמו. 'אבל עם גרפן מצאנו שדברים רק השתפרו.'
מעבדות ברחבי העולם מייצרות כעת גרפן בדרכים רבות, עם טהרות שונות, גדלי דגימות משתנים וכמויות אצווה. לדוגמה, Catlike אומרת שהיא משתמשת בסיבים ננו כדי לשמור על חוזקן של קסדות Mixino שלה, שהן כעת קלות ב-10 גרם מהדגמים הקודמים. אחרים משתמשים בו בצורה של סרטי ננו, וסמסונג וסוני טוענות שהמציאו דרכים ליצור גיליונות רציפים. מה שאולי מפתיע, עם זאת, הוא שזה לא יקר מדי. אתה יכול לקנות קילו ננו-טסיות בפחות מ-150 פאונד. ככל שנוצרות גרסאות נוספות של החומר, בטוח שהשימוש במילה 'גרפן' בחומר שיווקי ייצור בלבול אצל הצרכנים. יהיה קשה לקבוע אם מוצר שמתיימר להיות 'משופר גרפן' באמת מכיל את החומר התת-מיקרוסקופי, או שהוא עושה טוב.זו פרצה שחסרי מצפון יכולים לנצל.
'מעבדה יכולה לבדוק את החומר כדי לראות אם הוא מתפקד כפי שנטען, אבל תצטרך לעשות בדיקה כימית כדי לוודא שקיים גרפן , אומר Wiper. ומכיוון שגרפן קיים ברוב צורות הפחמן, אפילו אבק פחם, זה יכול להיות לעזאזל של Trade Description Act. אבל בידיים הנכונות, ההבטחה שלה לענף האופניים היא עצומה. שימושים פוטנציאליים לגרפן כוללים מניעת קורוזיה בחלקים חשופים כמו חישוקים, שרשרת חישורים, או, אם מוטמעים ברכיבי פחמן, סיבי ננו של גרפן יכולים להוביל חשמל או אפילו להעביר נתונים. זה יפחית את הכבלים למחשבי העברה אלקטרוניים ומחשבי אופניים. לחלופין, הוא יכול ליצור מדי מתח ברכזות פחמן, ארכובה, דוושות, שרשרת או סוליות נעליים, כאשר סיבי הננו שלו יפחיתו את המורכבות ועשויים להוזיל את המחיר של מדי הספק.
ננו-יהלומים כבר צופו בגרפן כדי ליצור חומרי סיכה-על, שיכולים לחסל כמעט כל חיכוך ממיסבים, ונוריות LED סופר-בהירות ומשופרות בגרפן מובטחות כבר בשנה הבאה.קבל-על של גרפן יכול לאגור יותר אנרגיה מכל הסוללות הקיימות, ולכן יתאפשרו גם רכיבי העברה אלקטרוניים קלים יותר באופן משמעותי. יתרה מכך, ניסויים של הטבעת אלקטרודות גרפן בסיבי פוליפרופילן מתקיימים גם הם, כך שיש אפילו פוטנציאל מסוים להכללה עתידית בבגדי לבוש. זה היפותטי בשלב זה, אבל יכולה להיות נקודת זמן שבה החולצה והמכנסיים שלך הופכים לחכמים, חשים את קצב הלב, לחץ הדם, הטמפרטורה, קצב ההזעה ואפילו הפעילות של שרירים בודדים. זה באמת נראה שלשימושים וליתרונות שלו יש גבולות מעטים.
'גרפן הוא ללא ספק כל כך חדש שרק מתחילים ללמוד את היישומים שלו,' אומר קמפניה. יידרשו שנים רבות של מחקר בסיסי ויישומי כדי להגיע לשיפורים חדשים ומעולים של מוצרים קיימים או יישומים ושכלולים חדשים. המסע רק מתחיל.'
