גרפן הוא חומר צעיר מאוד. זה הושג לראשונה רק בשנת 2004, בהתחשב בכך, זה עדיין לא נחקר מספיק, ולכן מושך עניין ותשומת לב מוגברת של מדענים. הגרפן הראשון בעולם הצליח להשיג את ילידי רוסיה קונסטנטין נובוסלוב ואנדריי גיים, שעבדו באוניברסיטת מנצ'סטר בבריטניה. בשנת 2010, על תרומתם לחקר הגרפן - "עניין העתיד" - הוענק להם פרס נובל לפיזיקה.
גרפן הוא חומר בעל קבוצה ייחודית של מאפיינים, זה את זה שהעתיד של כל תעשיית האלקטרוניקה שלנו קשור היום במידה רבה. לחומר זה מוליכות חשמלית גבוהה, הוא גמיש וחזק יותר מפלדה, בעוד הוא מורכב משכבה אחת בלבד של אטומי פחמן. תכונותיו של הגרפן הובילו לכך שהוא החל להיתפס בהדרגה כבסיס הכרחי למספר רב של המצאות "פורצות דרך" בשלב הנוכחי של התפתחות האדם.
גרפן הוא חומר רב תכליתי. ניתן להשתמש בו כדי לייצר מסכים למגוון מכשירים ניידים, לייצר חשמל, ואפילו להעניק לאדם "ראיית טורף".
למרות זאת, עד לאחרונה, מדענים לא ערכו מחקרים מיוחדים שמטרתם לחקור את ההשלכות הסביבתיות של השימוש בגרפן. הראשונים היו מומחים מאוניברסיטת קליפורניה, שהגיעו למסקנה שגרפן יכול להיות מסוכן לסביבה. הם גילו שכאשר גרפן חודר למי התהום, המבנה המשושה שלו מתחיל להתמוטט, מיקרו-חלקיקים מאבדים במהירות את יציבותם, נהרסים ואינם יכולים לגרום נזק משמעותי לטבע. עם זאת, כאשר גרפן נכנס למים עיליים, הכל הרבה יותר מסובך. ננו-חלקיקים, הנכנסים למים עיליים, נשארים יציבים ומסוגלים להמשיך הלאה, הם אינם מתיישבים, שומרים על ניידותם בנחלים, אגמים ונהרות, שם הם מסוגלים לפגוע במערכת האקולוגית.
מים עיליים מכילים הרבה יותר חומר אורגני ורמות קשיות נמוכות יותר ממי תהום, כך שהגרפן נשאר יציב במים עיליים. זיהום גרפן של נהרות עלול להוות סכנה גדולה. המבנה המולקולרי של חומר זה הוא כזה שהבליטות החדות של ננו-חלקיקי גרפן מסוגלים לשבור את קרומי התאים של אורגניזמים חיים. זה מה שגורם לרעילות של גרפן. לפני השקת ננו-חומר זה לייצור, יש צורך ללמוד בקפידה את כל תכונותיו ותכונותיו.
המעבדה להנדסה מכללת בורנס (מופעלת באוניברסיטת קליפורניה) היא אחד המקומות הבודדים שבהם מדענים חוקרים את ההשפעה הסביבתית של גרפן. במעבדה זו, כפי שכבר צוין לעיל, מתבצעת עבודה לחקור כיצד חלקיקי תחמוצת גרפן מתנהגים במים וכיצד הם יכולים להשפיע על אורגניזמים חיים שונים החיים במים. המחקרים הללו אינם היחידים. בעבר פורסם מאמר בנושא זה בכתב העת Environmental Engineering Science. מאמר זה הצביע על כך שגרפן עלול להיות רעיל לבני אדם.
קונסטנטין נובוסלוב ואנדריי גיים
למרות כל זאת, סביר להניח שהתגליות הללו לא ימנעו מהאנושות את השימוש בקנה מידה גדול של גרפן. לחומר הזה יש קבוצה כזו של מאפיינים ייחודיים שפשוט אין מה להחליף אותו בייצור. אף אחת מהסגסוגות הקיימות היום לא יכולה להתפאר בחוזק יוצא דופן שכזה, מוליכות תרמית ובמאפיינים המוליכים החשמליים הגבוהים ביותר של כל החומרים הידועים למדע. ראוי לציין שהניידות של אלקטרונים במבני גרפן גבוהה כמעט פי 100 מזו של הסיליקון, שמחזיק כיום בכל האלקטרוניקה על פני כדור הארץ.
על פי תכונותיו הפיזיקליות, חומר זה אמין יותר מפלדה. והגאדג'טים שניתן ליצור ממנו יהיו הרבה יותר עמידים בפני נזקים מאלה שאנו משתמשים בהם היום. עם זאת, זה לא הכל: גרפן יכול להוביל את האנושות למהפכה בתעשיית המחשבים, להאיץ את הגישה לאינטרנט פי 100, להגביר את כוחם של מעבדים שונים בכמה סדרי גודל. הוא מסוגל למצוא יישום במאה תחומים של החיים המודרניים - ברפואה, ייצור חשמל, חיזוק מבנים ישנים.
תחום היישום של חומר זה הולך וגדל כאשר קבוצות שונות של מדענים מבצעות את המחקר והמחקר שלהן בגרפן, כמו גם תחום היישום של חומר חזק במיוחד זה, המורכב מסרט פחמן דק בעובי אטום אחד בלבד. שבבי מחשב, טרנזיסטורים המבוססים עליו, סוללות, מכשירים שנועדו לקבוע את רצף ה-DNA - זו רק רשימה קטנה של היכן ניתן להשתמש בגרפן. לאחרונה, מדענים גילו שחומר זה יכול לשמש כציפוי אנטי קורוזיה יעיל מאוד. ציפוי פחמן גרפן הוא ללא ספק ציפוי המגן הדק ביותר.
מדענים מאוניברסיטת ונדרבילט ביצעו הליך להנחת סרט של גרפן על פני השטח של ניקל ונחושת. לאחר הליך זה, החומרים היו נתונים לחשיפה פעילה לחומרים מאכלים. ניתוח שלאחר מכן הראה למדענים שנחושת, שהייתה מוגנת בסרט גרפן, נהרסה מפני קורוזיה פי 7 יותר מאשר נחושת לא מוגנת רגילה, והניקל נהרס בבת אחת פי 20 לאט יותר. גם כאשר סרט גרפן מיוחד הופקד על פני החומר, במקום גדל ישירות על פניו, רמת ההגנה נגד קורוזיה עדיין הייתה גבוהה מאוד. ברמת הציפויים העשויים מחומרים אורגניים, שעוביים עשרות מונים משכבת הגרפן.
כמובן, ברוב המוחלט של המקרים, עובי הציפוי נגד קורוזיה אינו משחק תפקיד כה גדול. זה בולט במיוחד בדוגמה של פלטפורמות נפט, ספינות ים ומבני מתכת גדולים אחרים שניתן פשוט לכסות בשכבה עבה של צבע מיוחד. עם זאת, גרפן עשוי להיות הכרחי באותם מצבים שבהם יש להגן על מנגנונים זעירים ורכיבים מיקרוסקופיים של מכשירים אלקטרומכניים מודרניים מפני גורמים סביבתיים אגרסיביים.
מקורות המידע:
http://hitech.vesti.ru/news/view/id/4611
http://hi-news.ru/technology/grafen-nebezopasen-dlya-okruzhayushhej-sredy.html
http://technosci.net/news/2012-03-03-3815
http://www.eurosmi.ru/922uchenye_material_buduschego_grafen_mojet_byt_opasen_dlya_cheloveka.html