Grafen płatkowy szansą polskiej gospodarki. Naukowcy z ITME uczestniczą w światowym wyścigu o zawojowanie rynku nowego materiału

Polska nauka od lat utrzymuje się w czołówce badań nad wytwarzaniem i aplikacjami grafenu, nowego materiału o niezwykłych właściwościach. Ta intrygująca postać węgla ma różne oblicza, spośród których najbardziej obiecującym z punktu widzenia potencjału wdrożeniowego jest grafen płatkowy. Firmy, które zdecydują się na inwestycje w produkty wzbogacone grafenem płatkowym zdobędą przewagę rynkową, spełniając tym samym pokładane od lat nadzieje na wykorzystanie technologii grafenowych w warunkach polskiej gospodarki.

Grafen zbudowany jest z pojedynczej warstwy atomów węgla o strukturze heksagonalnej przypominającej plaster miodu. Dlatego też materiał ten jest niezwykle wytrzymały mechanicznie, a jednocześnie elastyczny. Ponadto charakteryzuje się wysokim przewodnictwem cieplnym i elektrycznym, większym od srebra. Chociaż jest niemal przezroczysty, to przez jego warstwę nie przechodzą nawet bardzo małe atomy helu.

Pierwsze wyizolowanie grafenu nastąpiło w 2004 r., dzięki pracy dwóch uczonych z Manchesteru (Novoselov i Geim), odkrycie to było podstawą do przyznania w 2010 roku nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Już w 2006 roku Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie (ITME), jako pierwsza w Polsce jednostka naukowa, włączył się w badania nad opracowaniem technologii wytwarzania grafenu. Początkowo dotyczyły one grafenu epitaksjalnego, wytwarzanego w formie arkuszy, dedykowanego przede wszystkim elektronice. Badania te odbiły się szerokim echem, rozsławiły pozycję ITME w świecie naukowym, niestety z czasem okazało się, że droga do przemysłowego zastosowania jest wciąż stosunkowo odległa. Tymczasem oczekiwania związane z nadmiernie eksponowanym sukcesem rozbudziły nadzieje na szybką rynkową obecność produktów grafenowych wytwarzanych w Polsce.

Niemal równolegle, od 2009 roku ITME zaczął rozwijać technologie grafenu płatkowego, który początkowo niedoceniany, okazał się materiałem z bardzo szerokim potencjałem aplikacyjnym. Zgodnie z najnowszymi badaniami rynkowymi grafen płatkowy spowoduje przełom w wielu sektorach przemysłu i gospodarki. Jego przewaga wobec drugiej postaci grafenu polega na tym, że występuje w postaci płatków niezwiązanych z podłożem, dzięki czemu może być wykorzystany między innymi jako dodatek w wielu kompozytach. Już niewielkie ilości tego materiału znacząco wpływają na poprawę właściwości produktu. Wytwarzanie grafenu płatkowego w różnych formach (tlenku grafenu, zredukowanego tlenku grafenu, funkcjonalizowanego grafenu płatkowego) oraz postaciach (proszku, zawiesiny, papieru grafenowego i warstw na dowolnych podłożach) pozwala na szeroki zakres jego aplikacji.

Autorskie technologie wytwarzania grafenu płatkowego, opracowane w Zakładzie Technologii Chemicznych ITME pod kierunkiem dr Ludwiki Lipińskiej, pozwalają nie tylko na powiększanie produkcji do skali przemysłowej, ale również na różnorodne modyfikacje dostosowujące produkt do konkretnych potrzeb. Co więcej, koszty wytwarzania grafenu płatkowego systematycznie spadają. Tym samym może on znaleźć zastosowanie w produktach komercyjnych, poczynając od kompozytów, poprzez energetykę, filtrację, aż po medycynę. Grafen umożliwia otrzymywanie innowacyjnych kompozytów o niespotykanych dotychczas właściwościach stosowanych w motoryzacji i przemyśle paliwowym, lotnictwie czy sprzęcie sportowym. Grafen w urządzeniach nowej generacji służących do magazynowania energii pozwala na zwiększenie ich pojemności i skrócenie czasu ładowania. Materiał ten znajduje również zastosowanie w odsalaniu wody i usuwaniu z niej metali ciężkich. Wielkie nadzieje pokładane są w wykorzystaniu grafenu do terapii antynowotworowej i w medycynie regeneracyjnej.

Naukowcy z ITME uczestniczą w światowym wyścigu o zawojowanie rynku grafenu, skutecznie rywalizując z czołowymi jednostkami badawczymi na świecie. Instytut od lat utrzymuje wysoką pozycję w rankingu ewaluacji krajowych jednostek naukowych. W wyniku realizacji zaawansowanych prac badawczych powstają produkty o najwyższym poziomie innowacyjności, czego dowodem są przyznane nagrody np.: I i III nagroda w konkursie na wynalazek Eureka!DGP 2017 (we współpracy z ICiMB i SGGW). W tematyce grafenowej naukowcy z ITME uzyskali łącznie 30 patentów polskich i zagranicznych. Podniesienie innowacyjności polskiej gospodarki wymaga współpracy specjalistów z wielu dziedzin nauki. ITME będąc liderem w technologiach grafenowych, jest przekonany, że grafen jest kluczem do celu. Dlatego też chcąc ułatwić dostęp do tego materiału, oferuje próbki do wstępnych badań jednostkom naukowym i podmiotom gospodarczym. Naukowcy wierzą, że tylko takie podejście umożliwi wprowadzenie na rynek innowacyjnych produktów. Ma to kapitalne znaczenie dla perspektyw rozwojowych polskiej gospodarki zważywszy, iż w przeciwieństwie do grafenu epitaksjalnego, grafen płatkowy jest możliwy do szybkiego wdrożenia w nowoczesnych produktach. A wówczas możliwe będzie uzyskanie oczekiwanego przełomu w wykorzystaniu znaczących osiągnięć polskich naukowców i przełożenie tych dokonań na sukces finansowy firm.

www.itme.edu.pl