Super bateria, czujnik atomów. Borofen to następca grafenu - ale go nie zastąpi

Borofen faktycznie może prześcignąć grafen pod wieloma względami. Już teraz mówi się o tym, że posłuży do budowy superbaterii, wielokrotnie pojemniejszej od tych, które używamy na codzień w sprzętach czy smartfonach. Ale na śmietnik naukowej historii grafenu na pewno nie wyśle. Naczelny powód jest bardzo prosty - nie potrafimy go jeszcze produkować. Przynajmniej na skalę przemysłową.

Małe fragmenty borofenu udało się wytworzyć w laboratoriach przy użyciu głębokiej próżni. W tym momencie nie wiadomo, czy kiedykolwiek uda się opracować technologię produkcji borofenu, która będzie po prostu opłacalna. Natomiast prace nad grafenem są już dużo bardziej zaawansowane.

- Obecnie jesteśmy w fazie intensywnego prototypowania - mówi w rozmowie z WP Tech dr hab. Włodzimierz Strupiński, który opatentował w Polsce nowoczesną metodę produkcji grafenu. - Powstają prototypy, które są weryfikowane przez przemysł. Sprawdzamy, czy ich zastosowanie ma sens, czy technologia jest już wystarczająco rozwinięta i czy produkcja opłaca się finansowo - dodaje.

Borofen to na razie nowinka naukowa. Natomiast w rozwój grafenu zainwestowane zostały miliardy dolarów. Własne laboratorium grafenowe stworzył Samsung, który chce korzystać z materiału do produkcji ładujących się w kilka minut baterii czy elastycznych ekranów. W grafen inwestują kraje azjatyckie, USA, a także Europa.

Unia Europejska zainwestowała miliard euro w program naukowy Graphene Flagship, który ma przyśpieszyć rozwój technologii grafenu. Na przykład belgijski Infinion pracuje nad superczułymi radarami, które znajdą zastosowanie np. w samochodach. Dzięki nim będą mogły widzieć w ciemności na odległości dużo większe niż dziś.

Europejskie badania nad grafenem prowadzone są też w zakresie wykorzystania w elektronice, komunikacji (np. sieć 5G), radarach (np. widzące w ciemności radary dla samochodów) czy sensorach optycznych. Już teraz dzięki programowi powstają produkty powszechnego użytku - np. buty do wspinaczki Inov-8 G Series. Guma podeszwy z domieszką grafenu cechuje się miękkością i dobrą przyczepnością, a jednocześnie jest odporna na ścieranie. To dopiero początek zastosowań grafenu.

- Odkrycie grafenu w 2004-2005 roku spowodowało zainteresowanie innymi materiałami dwuwymiarowymi - mówi dr hab.Włodzimierz Strupiński. - Jest to m.in.: czarny fosfor wykazujący właściwości półprzewodnikowe, siarczek wolframu i molibdenu czy podobny do borofenu silicen. Materiałem, który najbardziej rozgrzewa wyobraźnię jest w tej chwili heksagonalny azotek boru zwany też białym grafenem. Jest izolatorem i doskonałym podłożem dla grafenu, którego właściwości elektroniczne poprawiają się kilkadziesiąt razy - dodaje.

- Jest naturalne, że coraz częściej słyszymy o nowych materiałach dwuwymiarowych – tłumaczy dr Strupiński. – Ich potencjał jest ogromny. Ale każdy nowy materiał wymaga lat badań, testów i prototypów, więc nie warto popadać w przesadną ekscytację przy każdej kolejnej informacji.

Czym w zasadzie jest grafen oraz dlaczego materiały z jego rodziny określa się je "dwuwymiarowymi materiałami przyszłości"? Grafen to materiał zbudowany z pojedynczej warstwy atomów węgla. Po raz pierwszy został odkryty przez rosyjskich naukowców pracujących w Manchesterze. Jeden z nich przykleił do grudki grafitu (zbudowanego z węgla) taśmę klejącą. Po jej odklejeniu na taśmie pozostał składający się z jednej warstwy atomów płatek, czyli właśnie grafen.

Dwuwymiarowy grafen (bo składający się tylko z jednej warstwy atomów) został okrzyknięty materiałem przyszłości, bo charakteryzuje się niezwykłymi właściwościami. Jego zastosowanie nawet w przedmiotach codziennego użytku może doprowadzić do ogromnych zmian. Grafen jest 200 razy bardziej wytrzymały niż stal tej samej grubości i jest do tego elastyczny. Jest przezroczysty, jest idealnym przewodnikiem, a po odpowiedniej obróbce chemicznej prawie idealnym izolatorem.