กราฟีนคือคาร์บอนไฟเบอร์ตัวต่อไปหรือไม่?

สารบัญ:

กราฟีนคือคาร์บอนไฟเบอร์ตัวต่อไปหรือไม่?
กราฟีนคือคาร์บอนไฟเบอร์ตัวต่อไปหรือไม่?

วีดีโอ: กราฟีนคือคาร์บอนไฟเบอร์ตัวต่อไปหรือไม่?

วีดีโอ: กราฟีนคือคาร์บอนไฟเบอร์ตัวต่อไปหรือไม่?
วีดีโอ: กราฟีน Game Changer แห่งวงการอุตสาหกรรม 2024, มีนาคม
Anonim

ค้นพบในคราบดินสอ กราฟีนอาจเป็นวัสดุชั้นเยี่ยมใหม่ที่เปลี่ยนอุตสาหกรรมจักรยานหรือไม่

จริงๆ แล้ว กราฟีนเป็นวัสดุธรรมดา เป็นอะตอมของคาร์บอนชั้นเดียวที่มีความหนา 0.3 นาโนเมตร ซึ่งบางกว่ากระดาษในนิตยสารฉบับนี้ถึงล้านเท่า แต่แข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้า 150 เท่าและยืดหยุ่นกว่า 20% มันนำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดงหรือทองคำด้วยความเร็วหนึ่งล้านเมตรต่อวินาที มันคลายความร้อนอย่างรวดเร็ว มีความโปร่งใสและไม่ซึมผ่านได้ทั้งหมด และควรมีผลกระทบแบบเดียวกันในศตวรรษที่ 21 ที่คาร์บอนไฟเบอร์ทำในวันที่ 20 และเหล็กกล้าในวันที่ 19 ไม่น่าแปลกใจที่นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุสองคนที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ซึ่งค้นพบในปี 2546 คือ Andre Geim และ Konstantin Novoselov ได้รับรางวัลโนเบลและตำแหน่งอัศวินอย่างรวดเร็วแต่สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับจักรยานอย่างไร

กลุ่มแรกเริ่มของกราฟีน

ผลิตภัณฑ์ปั่นจักรยานชิ้นแรกที่มีกราฟีนเริ่มออกสู่ตลาดแล้ว Vittoria ใช้กราฟีนในขอบล้อคาร์บอน Qurano รุ่นล่าสุด (ดูหน้า 20) และ Catlike ก็ใช้กราฟีนในหมวกกันน็อค Mixino รุ่นท็อป Richard Craddock ผู้สร้างเฟรมคาร์บอนแบบกำหนดเองจาก Craddock Cycles กล่าวว่า 'ตอนนี้มีความตื่นเต้นมากมายเกี่ยวกับกราฟีน แต่นี่เป็นเพียงการโจมตีครั้งแรกเท่านั้น เช่นเดียวกับวัสดุใหม่ทุกชนิด ยังไม่ทราบถึงศักยภาพสูงสุด แต่เป็นไปได้มากที่สุดว่าประโยชน์สูงสุดไม่ใช่เพื่อทดแทนคาร์บอน แต่เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพ ฉันจะใช้มันเมื่อได้รับการพิสูจน์แล้ว'

Paul Wiper ผู้ร่วมวิจัยที่สถาบัน National Graphene Institute ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์กล่าวว่า Grapene สามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของคอมโพสิตได้ เนื่องจากสามารถแชร์ความเครียดเมื่อเติมเมทริกซ์อีพอกซีเรซินและทำให้แข็งขึ้น คุณต้องได้รับความสมดุลที่ถูกต้องแม้ว่า กราฟีนจำนวนมาก กล่าวคือ 10 หรือ 20% ของเมทริกซ์จะทำให้มันแข็งจริงๆ แต่ก็จะเปราะได้เช่นกัน’

เพื่อนร่วมงานของเขากำลังปรับปรุงการใช้กราฟีนในเฟรมคอมโพสิตสำหรับการบินและอวกาศ และผู้ผลิตรถยนต์สเปนอย่างสเปนเนียก็รวมเอากราฟีนไว้ในแชสซีของ GTA Supercar แล้ว เฟรมจักรยานจะเป็นอย่างไรต่อไป? “ไม่มีเหตุผลเลยว่าทำไมมันถึงใช้กับเฟรมจักรยานไม่ได้ และฉันแน่ใจว่ามีคนทำงานอยู่แล้ว” Wiper คาดการณ์ วิตตอเรียมีศรัทธาในกราฟีนอย่างมาก โดยวางเงินไว้ที่ปากของมัน “ฉันบังเอิญไปทานอาหารเย็นกับผู้ก่อตั้ง Directa Plus ซึ่งเป็นหนึ่งในโรงงานกราฟีนแห่งแรกในยุโรปเมื่อ 5 ปีที่แล้ว และได้แนวคิดในการใช้กราฟีนในผลิตภัณฑ์ของเรา” Rudie Campagne ประธานบริษัท Vittoria กล่าว 'จากนั้นเราจึงตัดสินใจลงทุนในพวกเขาเพื่อให้ทันสมัย'

Vittoria อ้างว่าใช้กราฟีนในล้อคาร์บอนของ Qurano ใหม่ ช่วยเพิ่มความแข็งแรงของรูซี่ล้อและความแข็งด้านข้างของขอบล้อได้ถึง 30% แต่เหนือสิ่งอื่นใด Campagne กระตือรือร้นว่า "การกระจายความร้อนที่ดีขึ้นของกราฟีนช่วยลดอุณหภูมิสะสมของขอบล้อ [ภายใต้การเบรก] และรักษาระดับไว้ต่ำกว่าเกณฑ์ที่คาร์บอนไฟเบอร์จะเริ่มสลายตัว’

การเติมกราฟีนให้กับคาร์บอนนั้นไม่ง่ายเหมือนการเติมน้ำตาลลงในกาแฟของคุณ Directa Plus ให้กราฟีนแก่ Vittoria เป็น 'เกล็ดเลือดนาโน' ซึ่งมีความหนาเพียงสามถึงเจ็ดอะตอม 'ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่คือการบรรลุการกระจายตัวของกราฟีนที่เกือบจะสมบูรณ์แบบในชุดต้นแบบของอีพอกซีเรซินสำหรับแผ่นคาร์บอนพรีเพก' Campagne กล่าว

แรงบันดาลใจ

จักรยานกราฟีน
จักรยานกราฟีน

‘ผู้คนคาดเดากันมานานหลายทศวรรษแล้วว่ากราฟีนมีอยู่ใน allotropes ของวัสดุคาร์บอน เช่น กราไฟต์ ถ่านหิน และเพชร แต่ไม่มีใครรู้จักวิธีที่จะทำให้มันเป็นชั้นสองมิติเดียว’ Wiper กล่าว ในช่วงเวลาแห่งแรงบันดาลใจ Geim และ Novoselov ได้เริ่มต้นจากรอยเปื้อนของผลึกกราไฟต์ ซึ่งเป็นรอยดินสออย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งประกอบด้วยกราฟีนที่เรียงซ้อนกันหลายชั้น และใช้เทปเหนียวเพื่อลอกกราไฟท์บางส่วนออกด้วยความอยากรู้อยากเห็น พวกเขาจึงทำมันซ้ำแล้วซ้ำเล่า จนกระทั่งในที่สุดพวกเขาก็แยกชั้นเดียว นั่นคือ กราฟีนบริสุทธิ์ จากนั้นพวกเขาก็ทดสอบมัน

‘โดยปกติเมื่อคุณทำให้วัสดุบางลงและบางลง คุณสมบัติของวัสดุก็จะเสื่อมลง” Geim กล่าว 'แต่ด้วยกราฟีน เราพบว่าสิ่งต่างๆ ดีขึ้นเท่านั้น'

ตอนนี้แล็บทั่วโลกผลิตกราฟีนในหลาย ๆ ด้าน โดยมีความบริสุทธิ์ต่างกัน ขนาดตัวอย่างแตกต่างกัน และปริมาณเป็นชุด ตัวอย่างเช่น Catlike กล่าวว่าใช้เส้นใยนาโนเพื่อรักษาความแข็งแรงของหมวกกันน็อค Mixino ซึ่งขณะนี้เบากว่ารุ่นก่อน 10 กรัม คนอื่น ๆ ใช้มันในรูปแบบของนาโนริบบอนและ Samsung และ Sony อ้างว่าได้คิดค้นวิธีการทำชีตแบบต่อเนื่อง สิ่งที่น่าแปลกใจก็คือมันไม่แพงเกินไป คุณสามารถซื้อเกล็ดเลือดนาโนได้ 1 กิโลกรัมในราคาต่ำกว่า 150 ปอนด์ เมื่อมีการสร้างเวอร์ชันต่างๆ ของเนื้อหามากขึ้น การใช้คำว่า 'กราฟีน' ในสื่อการตลาดจะสร้างความสับสนให้กับผู้บริโภค เป็นเรื่องยากที่จะตรวจสอบว่าผลิตภัณฑ์ที่อ้างว่า 'ได้รับการปรับปรุงด้วยกราฟีน' มีวัสดุย่อยด้วยกล้องจุลทรรศน์หรือไม่ว่าจะทำดีหรือไม่มันเป็นช่องโหว่ที่คนไร้ยางอายสามารถเอารัดเอาเปรียบได้

'ห้องปฏิบัติการสามารถทดสอบวัสดุเพื่อดูว่าทำงานตามที่อ้างสิทธิ์หรือไม่ แต่คุณต้องทำการทดสอบทางเคมีเพื่อให้แน่ใจว่ามีกราฟีนอยู่' Wiper กล่าว และเนื่องจากกราฟีนมีอยู่ในรูปแบบส่วนใหญ่ของคาร์บอน แม้แต่ฝุ่นถ่านหิน อาจเป็นนรกแห่งการค้าประเวณี แต่ในมือขวา คำมั่นสัญญาสำหรับอุตสาหกรรมการปั่นจักรยานนั้นกว้างใหญ่ ศักยภาพการใช้กราฟีนรวมถึงการป้องกันการผุกร่อนบนชิ้นส่วนที่เปิดเผย เช่น ขอบล้อ ใบจาน และซี่ล้อ หรือหากฝังอยู่ในส่วนประกอบคาร์บอน เส้นใยนาโนกราฟีนสามารถนำไฟฟ้าหรือแม้แต่ถ่ายโอนข้อมูลได้ ซึ่งจะช่วยลดการเดินสายสำหรับการเปลี่ยนเกียร์แบบอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์จักรยาน หรืออาจสร้างสเตรนเกจในดุมคาร์บอน เพลาข้อเหวี่ยง แป้นเหยียบ ใบจาน หรือพื้นรองเท้า ซึ่งเส้นใยนาโนจะลดความซับซ้อนและอาจลดราคามิเตอร์ไฟฟ้า

นาโนไดมอนด์เคลือบด้วยกราฟีนเพื่อสร้างสารหล่อลื่นพิเศษ ซึ่งสามารถขจัดแรงเสียดทานเกือบทั้งหมดจากตลับลูกปืน และไฟ LED ที่เสริมด้วยกราฟีนสว่างเป็นพิเศษจะได้รับสัญญาในปีหน้าตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์คาปาซิเตอร์แบบกราฟีนสามารถเก็บพลังงานได้มากกว่าแบตเตอรี่ที่มีอยู่ ดังนั้นส่วนประกอบการเปลี่ยนเกียร์แบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เบากว่าอย่างมากก็เป็นไปได้เช่นกัน ยิ่งไปกว่านั้น การทดลองฝังอิเล็กโทรดกราฟีนในเส้นใยพอลิโพรพิลีนก็กำลังดำเนินการอยู่เช่นกัน ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ที่จะรวมอยู่ในเสื้อผ้าเสื้อผ้าในอนาคต ในระยะนี้เป็นเรื่องสมมุติ แต่อาจมีช่วงเวลาที่เสื้อแข่งและกางเกงขาสั้นของคุณฉลาดขึ้น โดยจะตรวจจับอัตราการเต้นของหัวใจ ความดันโลหิต อุณหภูมิ อัตราเหงื่อ และแม้แต่กิจกรรมของกล้ามเนื้อแต่ละส่วน ดูเหมือนว่าการใช้งานและประโยชน์ของมันมีขอบเขตน้อยจริงๆ

‘กราฟีนนั้นใหม่อย่างเห็นได้ชัดว่าการใช้งานของมันเพิ่งจะเริ่มศึกษา’ แคมปาญกล่าว 'จะใช้เวลาหลายปีในการศึกษาพื้นฐานและประยุกต์เพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่หรือการใช้งานและการปรับแต่งใหม่ ๆ การเดินทางเพิ่งเริ่มต้น’