Metal koji oponaša vodu: Hoće li grafen promeniti svet?

Tim naučnika s Univerziteta „Harvard“ i kompanije „B-Bi-En Tehnolodži“ otkrio je još jednu neverovatnu osobinu istovremeno najjačeg i najtanjeg materijala na svetu – grafena.

Metal koji oponaša vodu: Hoće li grafen promeniti svet? Foto: Profimedia

Naučnici su napravili zaokret u razumevanju osnovnih osobina grafena nakon što su prvi put posmatrali elektrone metala koji se ponašaju poput tečnosti. Ovo istraživanje bi moglo dovesti do proizvodnje novih termoelektričnih uređaja i do uspostavljanja sistema modela za istraživanje pojava poput crnih rupa i plazme visoke energije.

Rezultati najnovijih istraživanja grafena su objavljena u časopisu Science, a autor ove studije je Filip Kim, profesor fizike i primenjene fizike u Školi za inženjering i primenjene nauke "Džon Polson".

Potencijalno revolucionaran materijal Nova forma grafena

Hoće li grafen promeniti svet?

Od otkrića grafena pre deset godina, naučnici su ga prepoznali kao čudesni materijal koji između ostalog može da zameni silicijum u elektronskim uređajima. U pitanju je struktura debljine jednog atoma, koji je jača od čelika, čvršća od dijamanta i jedan od najvećih provodnika na zemlji. Uprkos zanimljivim otkrićima svojstava ovog materijala, naučnici još uvek pokušavaju da odgonetnu njegova osnovna svojstva.

U toku ovog istraživanja naučnici su poboljšali metode kako bi napravili čist grafen i razvili novi način da izmere njegovu toplotnu provodljivost.

Magični auto-put elektrona

Kod trodimenzionalnih materijala, elektroni ostvaruju interakciju sa ostalim elektronima. Budući da je grafen dvodimenzionalne strukture šestougaonog obrasca, u obliku saća, njegovi elektroni su ponašaju kao na auto-putu, jer se kreću u istoj "traci". Elektroni u grafenu se ponašaju kao bestežinski relativistički objekti, od kojih su neki s pozitivnim i negativnim naelektrisanjem. Kreću se neverovatnom brzinom (1/300 brzine svetlosti) i predviđeno je da se sudaraju jedni s drugima deset biliona puta u sekundi na sobnoj temperaturi. Ovakve intenzivne interakcije između naelektrisanih čestica nikada ranije nisu bili primećene kod običnih metala.

Tim naučnika je stvorio ultračist uzorak grafena, pravljenjem "sendviča", u kome se atom grafena nalazi između desetine slojeva električno izolovanog i savršenog providnog kristala sa sličnom atomskom strukturom grafena.

„Ukoliko imate materijal koji je tanak koliko i list papira, neosporno je da će na njega zaista uticati njegovo okruženje“, rekao je Džesi Krosno, student Kim Laba i prvi autor ovog teksta. 

Pogledajte i Pronađen novi najlakši materijal na svetu

"Ukoliko je grafen na vrhu nečega što je grubo i bez ikakvog reda, to će ometati kretanje elektrona. Veoma je važno da se stvori grafen bez uplitanja uticaja njegovog okruženja", dodaje Krosno. 

Ovu tehniku su osmislili Kim i njegovi saradnici s Univerziteta "Kolumbija", još pre nego što je prešao na Harvard 2014. godine, kada ju je usavršio u svojoj Laboratoriji SEAS. 

Tim naučnika je potom postavio neku vrstu toplotne tečnosti, sačinjenu od pozitivnih i negativnih naelektrisanih čestica na površini grafena, u želji da posmatraju kako se te čestice kreću u okvirima zakona električne energije. Ono što su primetili jeste da sve ono što su znali o metalima više ne važi. 

Crna rupa na čipu

Većina jednsotaavnih činilaca naše svakodnevnice se može opisati osnovnim zakonima fizike. Veoma male stvari, poput elektrona su opisane kvantnom mehanikom, dok su velike i veoma brze stvari, poput galaksija opisane fizikom relativiteta, koju je osmislio Albert Ajnštajn. Kombinovanje ovih zakona fizike je beskrajno teško, ali postoje ekstremni slučajevi u kojima se preklapaju. Visokoenergični sistemi poput supernove i crnih rupa mogu biti opisani povezivanje klasične teorije hidrodinamike s Ajnštajnovom teorijom relativiteta. 

Međutim, teško je izvršiti eksperiment na crnoj rupi. Tu mesto pronalazi grafen. 

Kada su snažno interaktivne čestice grafena bile izložene električnom polju, ponašale su se ne kao individualne čestice već kao tečnost, koja bi se mogla opisati zakonima hidrodinamike.

„Umesto posmatranja kako na pojedinačne čestice utiču električne ili toplotne sile, mogli smo da vidimo očuvanu energiju koja je tekla kroz mnoge čestice, poput talasa kroz vodu“, rekao je Krosno.

Otkrivena supermaterija – lakša od dlake, jača od čelika

„Fizika koju smo otkrili proučavanjem crnih rupa i teorije struna, mogli smo da vidimo u grafenu“, kaže Endrju Lukas, koautor i student.

„Ovo je prvi model sistema relativističke hidrodinamike u metalu“, dodaje on. 

Mali čip grafena bi se mogao koristiti za dalje modeliranje tečnosti, kao ponašanja drugih sistema visoke energije.

Dalja istraživanja ovog materijala su svakako neophodna, a da li će grafen promeniti svet i dovesti do novih termoelektričnih uređaja, ostaje da vidimo...



bonus video
ostavite komentar
Inicijalizacija u toku...