W stronę upowszechnienia grafenu.
dr inż. Włodzimierz Strupiński
Pomimo dość wysokich kosztów początkowych, koniecznych do zmierzenia się z technologią materiałów dwuwymiarowych, sama produkcja grafenu jest jedną z najtańszych, co z ekonomicznego punktu widzenia uzasadnia myślenie o jej upowszechnianiu. Stąd też tak wielkie zainteresowanie grafenem w Azji. Europa osiągnęła największy potencjał badawczy w tym zakresie, pytanie tylko, czy z równie dobrym wynikiem zdoła dokonać komercjalizacji swojego sukcesu – ocenia dr inż. Włodzimierz Strupiński z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych
Co wskazałby pan jako kluczowe właściwości grafenu, ilustrujące innowacyjny charakter rozwiązań z jego wykorzystaniem oraz dające mu przewagę nad innymi stosowanymi w przemyśle materiałami?
– Grafen jest atrakcyjnym materiałem przede wszystkim dla elektroniki. Ze względu na swą dwuwymiarową postać wykazuje właściwości, które umożliwiają dalszy rozwój przyrządów mikro- i optoelektronicznych poza bariery narzucone przez dotychczas stosowane materiały – krzem i związki półprzewodnikowe. Niejako przy okazji grafen okazuje się też interesującym tworzywem w zastosowaniach szeroko rozumianej inżynierii materiałowej, a to za sprawą dobrych parametrów wytrzymałościowych, wysokiej przewodności cieplnej i elektrycznej, elastyczności, odporności chemicznej i termicznej, przezroczystości, nieprzepuszczalności itp. Należy jednak pamiętać, że grafen to pojedyncza warstwa atomów węgla, stąd jego właściwości odnoszą się do warstwy tak cienkiej, że niewidocznej gołym okiem. Za to nie ma takiego drugiego materiału, który łączyłby tyle interesujących właściwości. I to jest największa zaleta grafenu.
Jakie zastosowania grafenu, bazujące na jego licznych walorach, są w pana ocenie najkorzystniejsze dla krajowej i światowej gospodarki, a przy tym mają szansę stać się polską specjalnością?
– Zastosowania grafenu w elektronice wydają się najbardziej uzasadnione zarówno w kontekście potrzeb, jak i możliwości grafenu. Jednak coraz większego rozpędu nabiera dziedzina zastosowania jego płatków, wytwarzanych metodami chemicznymi z grafitu, w tworzywach sztucznych – jako modyfikatora ich właściwości – we wszelkiego rodzaju pastach, farbach, atramentach do druku, żelach i materiałach spiekanych. Tyle że w tym obszarze konkurencja jest ogromna, szczególnie w Azji, gdzie rocznie produkuje się już kilkaset ton grafenu płatkowego. W dziedzinie technologii grafenu dla zastosowań elektronicznych ciągle jesteśmy na czele światowej stawki. Trzeba tylko znaleźć swoją niszę zastosowań, którą mogłyby być sensory, w czym mamy bogate tradycje. Niemniej w zakresie technologii wytwarzania warstw grafenu na podłożach wysokooporowych z węglika krzemu moglibyśmy być partnerem dla wielkich firm produkujących elektronikę.
Na czym polega nowatorstwo technologii produkcji grafenu, opracowanej przez pana w Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych, która zapewniła panu miejsce w gronie finalistów nagrody Polskiej Rady Biznesu im. Jana Wejcherta?
– Opracowana w Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych metoda, której następstwem jest patent, daje możliwości w zakresie implementacji w produkcji masowej. Na razie dostarczamy próbki naszego grafenu do ośrodków opracowujących nowe przyrządy grafenowe, np. monolityczne mikrofalowe układy scalone. Ich wdrożenie może uruchomić potrzebę produkcji grafenu na dużą skalę. Pod tym względem nasza metoda jest bardzo atrakcyjna. Wytwarzamy grafen w podobny sposób, jak wytwarza się inne materiały dla elektroniki, co też wydawało się niemożliwe dla reszty świata. Proces wdrażania przemysłowego zajmuje jednak dużo czasu, zwłaszcza w przypadku tak nowatorskiego i trudnego tematu, jakim jest technologia materiałów dwuwymiarowych. Napotyka się mnóstwo nowych, niewystępujących gdzie indziej problemów, pomijając uciążliwą charakteryzację obiektu, którego nie daje się zobaczyć. Grafen będzie atrakcyjny, jeśli wyprze inne materiały ze względu na lepsze parametry produktu końcowego. Wymaga to podjęcia opracowania zagadnień teoretycznych, technologicznych i ekonomicznych. Żeby zweryfikować możliwość jego aplikacji, konieczne jest opanowanie warsztatu „obchodzenia się” z tym materiałem, począwszy do teoretycznej koncepcji wykorzystania grafenu, przez umiejętność jego produkcji, kończąc na właściwym wykorzystaniu.
Grafen często bywa określany materiałem przyszłości. Jak duża przepaść dzieli sukcesy badawcze od komercjalizacji wyników prac naukowych i masowej produkcji? Jak widzi pan szansę na upowszechnienie produkcji grafenu i wykorzystanie go w różnych branżach, biorąc pod uwagę czynnik ekonomiczny?
– Szczęśliwie, pomimo dość wysokich kosztów początkowych, koniecznych do zmierzenia się z technologią materiałów dwuwymiarowych, sama produkcja grafenu jest jedną z najtańszych, co z ekonomicznego punktu widzenia uzasadnia myślenie o jej upowszechnianiu. Stąd też tak wielkie zainteresowanie grafenem w Azji. Europa osiągnęła największy potencjał badawczy w tym zakresie, pytanie tylko, czy z równie dobrym wynikiem zdoła dokonać komercjalizacji swojego sukcesu. W Instytucie Technologii Materiałów Elektronicznych jesteśmy na dobrej drodze, aby osiągnąć ten cel. Opanowaliśmy różne technologie wytwarzania grafenu – nie tylko naszą metodą, osiągając skalę produkcji, która jest zaliczana do największych na świecie.
Rozmawiała Małgorzata Szerfer
Dodaj komentarz