Grafen — nobelovský objev ruských vědců

Kon­text a autor

Grafen se te­o­re­tic­ky stu­do­val od 40. let, ale měl se za ne­sta­bil­ní — dvou­roz­měr­ný krys­tal by se měl při po­ko­jo­vé tep­lo­tě svi­nout nebo roz­pad­nout. V roce 2004 Geim a No­vo­se­lov na Man­ches­ter­ské uni­ver­zi­tě do­ká­za­li opak nej­jed­no­duš­ší možnou me­to­dou: brali gra­fi­to­vý prach, od­le­po­va­li vrstvu po vrstvě oby­čej­nou kan­ce­lář­skou lepicí páskou a pře­ná­še­li na pod­lož­ku. Na „pá­teč­ních ex­pe­ri­men­tech“, kdy la­bo­ra­toř zkou­še­la li­bo­vol­né nápady, se zrodil jeden z hlav­ních objevů po­čát­ku 21. sto­le­tí. Za 6 let — No­be­lo­va cena, nej­rych­lej­ší cesta od objevu k oce­ně­ní v mo­der­ní vědě.

Geim a No­vo­se­lov: Andre Geim (* 1958, Soči), cesta MFTI → ÚFPL RAV → Man­ches­ter; Kon­stan­tin No­vo­se­lov (* 1974, Nižnij Tagil), MFTI → Man­ches­ter; oba si za­cho­va­li ruské ob­čan­ství; Geim je je­di­ným dr­ži­te­lem No­be­lo­vy i Ig No­be­lo­vy ceny; No­vo­se­lov získal No­be­lo­vu cenu v 36 letech; spo­leč­ně pu­b­li­ko­va­li přes 200 vě­dec­kých prací.

Co je grafen

Grafen je mo­no­vrst­va atomů uhlíku uspo­řá­da­ných do šes­ti­ú­hel­ní­ko­vé mřížky. Každý atom je vázán se třemi sou­se­dy ko­va­lent­ní­mi σ-vazba­mi; čtvrtý elek­tron tvoří de­lo­ka­li­zo­va­ný π-systém. Díky tomu se grafen chová jako elek­tro­no­vý „dvou­roz­měr­ný plyn“ — elek­tro­ny se v něm po­hy­bu­jí rych­los­tí kolem 10⁶ m/s a cho­va­jí se jako ne­hmot­né čás­ti­ce.

Není to te­o­re­tic­ká abs­trak­ce: grafit, z něhož se vy­rá­bě­jí tužky, se skládá z mi­li­o­nů vrstev gra­fe­nu. Geim a No­vo­se­lov jen našli způsob, jak izo­lo­vat jednu.

Kam grafen smě­řu­je

• Ba­te­rie a su­per­kon­den­zá­to­ry. Gra­fe­no­vé su­per­kon­den­zá­to­ry se na­bí­je­jí 100krát rych­le­ji než li­thi­um-ion­to­vé. Už v pro­to­ty­pech chyt­rých te­le­fo­nů a elek­tro­mo­bi­lů.
• Vodní filtry. Gra­fe­no­vé mem­brá­ny od­so­lu­jí moř­skou vodu účin­ně­ji než kte­ré­ko­li stá­va­jí­cí sys­témy.
• Bi­o­sen­zo­ry. Gra­fe­no­vé čipy zjistí bi­o­mar­ke­ry ra­ko­vi­ny v krvi během minut.
• Ohebné dis­ple­je. Prů­hled­ný, pevný, vodivý — ide­ál­ní ma­te­ri­ál pro dis­ple­je, které lze sro­lo­vat.

Spo­je­ní s Českem

V Česku se grafen stu­du­je v CEITEC Brno (Stře­do­ev­rop­ský tech­no­lo­gic­ký in­sti­tut) — vlaj­ko­vém ma­te­ri­á­lo­vém in­sti­tu­tu při Ma­sa­ry­ko­vě uni­ver­zi­tě. Čeští ba­da­te­lé se účast­ní ev­rop­ské­ho pro­jek­tu Gra­phe­ne Flagship — mi­li­ar­do­vé­ho pro­gra­mu EU pro ko­mer­ci­a­li­za­ci gra­fe­nu.

V roce 2018 byl Andre Geim hos­tu­jí­cím před­ná­še­jí­cím na Uni­ver­zi­tě Kar­lo­vě a získal čestný dok­to­rát za přínos fyzice. Byla to jedna z jeho po­sled­ních ve­řej­ných před­ná­šek ve vý­chod­ní Evropě — kde strá­vil prv­ních 35 let života.

Čtěte také