Hainele invizibile, tot mai aproape. Universitar ieșean, despre zonele din care vor veni noile descoperiri revoluționare ale științei

Grafenul a fost identificat în 1947 și izolat pentru prima oară în 2004 de către Andre Geim (n. 1958) și Konstantin Novosiolov (n. 1974) de la Universitatea din Manchester, cei doi obținând în 2010 Premiul Nobel pentru fizică.

Apariția acestui nou material, care, prin performanțele sale, putea să influențeze o grămadă de aplicații din medicină, tehnologii aerospațiale, echipamente de protecție, electronică, construcții și instalații, nanotehnologii etc., a făcut ca transferul grafenului din laboratoarele de cercetare în industrie să devină o prioritate a Uniunii Europene, care a lansat în 2013 programul Tehnologii viitoare și emergente. Stabilirea direcțiilor de cercetare din cadrul acestui program a fost o operațiune cu bătaie lungă, de interes strategic la nivel european, avându-se în vedere competiția tehnologică generalizată la nivel planetar. A fost un moment similar cu cel din anii ’70, când americanii au trebuit să aleagă prioritatea NASA în ceea ce privește explorarea spațiului cosmic. A fost atunci aleasă naveta spațială, în detrimentul zborului către Marte cu echipaj uman, al explorării planetei Venus sau al unei baze lunare permanente. Dacă americanii nu au fost foarte inspirați în alegerea făcută, decizia luată de către UE a fost una înțeleaptă, în prezent Europa fiind lider mondial în domeniul grafenului și al materialelor stratificate. Cele patru proiecte incluse în programul Tehnologii viitoare și emergente au fost Graphene Flagship (cercetarea grafenului), Human Brain Project (cercetări asupra creierului uman, în conexiune cu calculatoarele și tehnologia), Quantum Technologies Flagship (cercetări asupra tehnologiilor cuantice) și Battery 2030+ (cercetări în domeniul bateriilor ca parte a ecosistemului viitorului).

Graphene Flagship a însemnat 10 ani de cercetări în care au fost implicați 178 de parteneri din mediul academic și din cel industrial (precum Airbus, Lufthansa și Leonardo). Atunci când cercetările sunt de interes strategic pentru întregul continent european bineînțeles că foarte importante sunt atât fondurile, cât și durata cercetărilor. Un interval de trei ani (cam atât este durata obișnuită a unui proiect de cercetare) ar fi fost insuficient pentru a se obține, evalua, implementa industrial și perfecționa rezultatele cercetărilor, după cum spune liderul proiectului, Patrik Johansson (n. 1969), profesor la Chalmers University of Technology, Suedia. Dar, și mai important, această perioadă de timp mai îndelungată a avut ca efect crearea unei comunități europene în domeniul grafenului și a dus, de asemenea, la o creștere a încrederii între parteneri.

Aplicațiile pe bază de grafen au făcut ca piața acestuia să conducă la venituri anuale estimate de 350 de milioane de euro în 2022, care vor crește până la 1,38 miliarde de euro în 2027.

De fapt, la ce este bun grafenul? De regulă, grafenul se utilizează împreună cu alte materiale, formând diverse structuri compozite. De exemplu, un compozit metal-grafen, cu proprietăți de autolubrifiere este utilizat la fabricația întrerupătoarelor pentru circuitele de joasă tensiune, care, astfel, nu mai au nevoie de întreținere. O altă aplicație este cea realizată de Instituto Italiano di Tecnologia și firma de design Momodesign care au conceput, proiectat și fabricat o cască de motociclist dintr-un material compozit din plastic și grafen, grafenul asigurând, pe de o parte, rezistența mecanică a căștii, iar, pe de altă parte, oferind condiții ridicate de confort termic, prin disiparea căldurii din zona capului, datorită proprietăților deosebite ale grafenului de a transmite căldura.

O altă aplicație este cea din domeniul filtrelor de aer, utilizate, de exemplu, în construcția aeronavelor. Această capacitate de filtrare și de neutralizare a microorganismelor a fost folosită și în cazul filtrelor de apă. De asemenea, s-au realizat plăci de încălzire pe bază de grafen, cu un control foarte eficient al temperaturii, grafenul fiind folosit și pe post de senzor. Din aceeași categorie fac parte țesăturile hibride neelastice care au în structură grafen, utilizate pentru încălzirea scaunelor sau a volanelor autoturismelor, cu o eficiență energetică mult superioară sistemelor de încălzire din prezent. Pe același principiu, grafenul a fost inclus în structurile aripilor avioanelor și ale palelor elicelor pentru încălzirea acestora în vederea evitării depunerilor de gheață.

Grafenul poate fi asociat și cu substanțele lichide, astfel încât acesta este integrat în structura lubrifianților, care devin mai eficienți datorită proprietăților de alunecare a straturilor de grafen. Din aceeași categorie fac parte și cernelurile în care este încorporat grafen, care permit identificarea înscrisurilor false cu ajutorul unui senzor capacitiv. Un alt domeniu în care se folosește grafenul este cel al panourilor fotovoltaice, deoarece tehnologia prezentă, bazată pe siliciu, și-a atins limitele. Și ar mai fi și tehnologia camerelor video, sau obținerea electrozilor biodegradabili folosiți în agricultură, precum și tehnologia conductelor pentru petrol, sau îmbrăcămintea cu senzori pentru monitorizarea stării fiziologice a sportivilor etc.

Teoretic, am putea confecționa îmbrăcăminte numai din grafen. Ar fi niște haine extrem de rezistente și ușoare, fără moarte, visul oricărui zgârcit neinteresat nicicum de schimbările modei. Pe lângă multe alte neajunsuri, însă, aceste haine ar avea o mare problemă: ar fi invizibile, precum Hainele cele noi ale împăratului.

Prof. univ. dr. ing. Neculai Eugen Seghedin este cadru didactic și prorector la Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iași