Ditemui dalam kesan pensel, bolehkah graphene menjadi bahan super baharu yang mengubah industri basikal?
Pada asasnya, graphene ialah bahan yang ringkas. Ia adalah satu lapisan atom karbon setebal 0.3 nanometer - sejuta kali lebih nipis daripada kertas majalah ini. Namun ia 150 kali lebih kuat daripada keluli dan 20% lebih anjal. Ia mengalirkan elektrik lebih baik daripada tembaga atau emas, pada kelajuan satu juta meter sesaat. Ia mengeluarkan haba dengan cepat. Ia telus serta tidak telap sepenuhnya, dan ia sepatutnya mempunyai kesan yang sama pada abad ke-21 seperti yang dilakukan oleh gentian karbon pada abad ke-20 dan keluli pada abad ke-19. Tidak hairanlah dua saintis bahan di Universiti Manchester yang menemuinya pada tahun 2003, Andre Geim dan Konstantin Novoselov, dikesan pantas untuk mendapat Hadiah Nobel dan kesatria. Tetapi apakah kaitan ini dengan basikal?
Pengguna awal Graphene
Produk berbasikal pertama yang mengandungi graphene mula memasuki pasaran. Vittoria menggunakan graphene dalam rim Qurano karbon terbaharunya (lihat p20) dan Catlike juga menggunakannya dalam topi keledar Mixino yang mempunyai julat teratas. Pembina rangka karbon tersuai Richard Craddock dari Craddock Cycles berkata, 'Terdapat banyak keseronokan tentang graphene sekarang, tetapi ini hanyalah percubaan pertama. Seperti setiap bahan baharu, potensi penuhnya belum diketahui tetapi kemungkinan besar manfaat maksimum bukanlah sebagai pengganti karbon tetapi sebagai peningkatan. Saya akan menggunakannya apabila ia terbukti.’
Paul Wiper, sekutu penyelidik di Institut Graphene Kebangsaan di Universiti Manchester, berkata, 'Grapene boleh meningkatkan sifat mekanikal komposit, kerana ia boleh berkongsi ketegangan apabila ditambah pada matriks resin epoksi dan menjadikannya lebih keras. Anda perlu mendapatkan keseimbangan yang betul, walaupun. Banyak graphene, katakan 10 atau 20% daripada matriks, akan menjadikannya benar-benar kaku tetapi ia juga akan rapuh.’
Rakan sekerjanya sedang menyempurnakan penggunaan graphene dalam bingkai komposit untuk aeroangkasa, dan pengeluar kereta Sepanyol, Sepanyol sudah memasukkannya ke dalam casis supercar GTAnya. Jadi bolehkah bingkai basikal seterusnya? 'Tiada sebab sama sekali mengapa ia tidak boleh digunakan dalam bingkai basikal dan saya pasti seseorang sudah mengusahakannya,' ramalan Wiper. Vittoria mempunyai kepercayaan terhadap graphene, ia meletakkan wangnya di mana mulutnya berada. 'Saya kebetulan makan malam lima tahun lalu dengan pengasas Directa Plus, salah satu kilang graphene pertama di Eropah, dan saya mendapat idea untuk menggunakan graphene dalam produk kami,' kata presiden Vittoria Rudie Campagne. ‘Kemudian kami memutuskan untuk melabur dalam mereka, untuk menjadi yang termaju.’
Vittoria mendakwa dengan menggunakan graphene dalam roda karbon Qurano baharu ia telah meningkatkan kekuatan lubang jejari dan kekakuan sisi rim sehingga 30%. Tetapi di atas semua itu, Campagne bersemangat, 'Penyelesapan haba graphene yang lebih baik mengurangkan suhu terkumpul rim [di bawah brek], mengekalkannya jauh di bawah ambang di mana gentian karbon akan mula hancur.’
Menambah graphene pada karbon tidak semudah menambahkan gula pada kopi anda. Directa Plus membekalkan graphene kepada Vittoria sebagai 'platelet nano', yang hanya setebal tiga hingga tujuh atom. 'Cabaran besar adalah untuk mencapai penyebaran graphene yang hampir sempurna dalam kumpulan induk resin epoksi untuk kepingan karbon prapreg,' kata Campagne.
Secebis inspirasi
‘Orang ramai telah membuat spekulasi selama beberapa dekad bahawa graphene wujud dalam alotrop bahan karbon seperti grafit, arang batu dan berlian, tetapi tiada siapa yang tahu cara menjadikannya sebagai satu lapisan dua dimensi, ' kata Wiper. Dalam detik yang diilhamkan, Geim dan Novoselov telah bermula dengan noda grafit kristal - secara berkesan tanda pensel - yang terdiri daripada berbilang lapisan graphene yang disusun, dan menggunakan pita melekit mereka menanggalkan sebahagian daripada grafit. Kerana ingin tahu, mereka melakukannya berulang kali, sehingga akhirnya mereka mengasingkan satu lapisan - graphene tulen. Kemudian mereka mengujinya.
‘Biasanya apabila anda membuat bahan lebih nipis dan nipis, sifatnya merosot, ' kata Geim sendiri. ‘Tetapi dengan graphene, kami mendapati keadaan bertambah baik.’
Makmal di seluruh dunia kini membuat graphene dalam pelbagai cara, dengan ketulenan yang berbeza, saiz sampel yang berbeza-beza dan kuantiti kelompok. Sebagai contoh, Catlike mengatakan ia menggunakan gentian nano untuk mengekalkan kekuatan topi keledar Mixinonya, yang kini 10g lebih ringan daripada model sebelumnya. Orang lain menggunakannya dalam bentuk reben nano, dan Samsung dan Sony mendakwa telah mencipta cara untuk membuat helaian berterusan. Apa yang mungkin mengejutkan, walaupun, ia tidak terlalu mahal. Anda boleh membeli sekilo nano-platelet dengan harga kurang daripada £150. Memandangkan lebih banyak versi bahan dicipta, sudah pasti penggunaan perkataan 'graphene' dalam bahan pemasaran akan menimbulkan kekeliruan kepada pengguna. Adalah sukar untuk memastikan sama ada produk yang mendakwa sebagai 'dipertingkatkan graphene' benar-benar mengandungi bahan sub-mikroskopik, atau sama ada ia memberi manfaat. Ini adalah kelemahan yang boleh dieksploitasi oleh orang yang tidak bertanggungjawab.
‘Makmal boleh menguji bahan untuk melihat sama ada ia berfungsi seperti yang didakwa, tetapi anda perlu melakukan ujian kimia untuk memastikan graphene ada, ' kata Wiper. Dan memandangkan graphene wujud dalam kebanyakan bentuk karbon, malah habuk arang batu, ia boleh menjadi Neraka Perihalan Dagangan. Tetapi di tangan yang betul, janjinya untuk industri berbasikal adalah luas. Kegunaan berpotensi untuk graphene termasuk mencegah kakisan pada bahagian terdedah seperti rim, gelang rantai dan jejari, atau, jika tertanam dalam komponen karbon, gentian nano graphene boleh mengalirkan elektrik atau memindahkan data. Itu akan mengurangkan kabel untuk komputer peralihan elektronik dan basikal. Sebagai alternatif, ia boleh membentuk tolok terikan dalam hab karbon, engkol, pedal, gelang rantai atau tapak kasut, di mana gentian nanonya akan mengurangkan kerumitan dan berpotensi mengurangkan harga meter kuasa.
Nano-berlian telah pun disalut dengan graphene untuk menghasilkan pelincir super, yang boleh menghapuskan hampir semua geseran daripada galas, dan LED super terang, dipertingkatkan graphene dijanjikan sejurus tahun hadapan. Superkapasitor graphene berpotensi menyimpan lebih banyak tenaga daripada mana-mana bateri sedia ada, jadi oleh itu komponen peralihan elektronik yang jauh lebih ringan juga akan dibuat. Lebih-lebih lagi, percubaan untuk membenamkan elektrod graphene dalam gentian polipropilena juga sedang dijalankan, jadi terdapat beberapa potensi untuk dimasukkan pada masa hadapan dalam pakaian pakaian. Ia adalah hipotesis pada peringkat ini tetapi mungkin ada masanya apabila jersi dan seluar pendek anda menjadi pintar, merasakan kadar denyutan jantung, tekanan darah, suhu, kadar peluh anda dan juga aktiviti otot individu. Ia benar-benar kelihatan seperti penggunaan dan faedahnya mempunyai beberapa batasan.
‘Grapene jelas sangat baharu sehingga aplikasinya baru sahaja mula dikaji,’ kata Campagne. 'Ia akan mengambil masa bertahun-tahun kajian asas dan gunaan untuk menghasilkan penambahbaikan baharu yang hebat bagi produk sedia ada atau aplikasi dan penambahbaikan baharu. Perjalanan baru bermula.’
