Apa itu Graphene?

Dan bagaimana membuat materi terkuat di dunia di rumah.

Graphene tidak memiliki kekurangan sifat luar biasa. Ini adalah bahan tertipis dan terkuat yang diketahui manusia. Ini adalah konduktor panas dan listrik yang luar biasa, bahkan lebih baik daripada berlian, tembaga, dan perak. Ultralight masih 200 kali lebih kuat dari baja dan, di atas segalanya, itu biodegradable sehingga tidak berbahaya bagi lingkungan.

Dengan resume yang mengesankan ini, Anda akan berpikir graphene adalah bahan yang sangat sulit dan terspesialisasi untuk dibuat. Itu agak benar; sementara graphene sulit untuk diproduksi dalam skala besar, itu juga sesuatu yang sudah Anda miliki di rumah Anda.

Seperti yang mungkin sudah Anda tebak dari namanya, bahan ini berasal dari grafit, hal yang sama yang ada di dalam pensil # 2 biasa. Ketika Anda menulis, serpihan grafit beberapa lapisan tebal menempel pada kertas, namun benar graphene tipis. Seberapa tipis bahan tertipis di dunia? Satu atom. Sangat tipis, dianggap sebagai 2 dimensi karena tidak memiliki kedalaman nyata, hanya lebar dan tinggi yang dapat digunakan untuk menghasilkan bahan dalam lembaran yang rapi. Jadi, graphene adalah kisi heksagonal atom karbon satu atom. Anda dapat membuatnya kembali dengan menghapus lapisan grafit dari kertas dengan selotip, melipat selotip, dan melepaskannya lagi untuk memisahkan lembaran karbon satu sama lain.

Inilah tepatnya yang ditemukan pada tahun 2004 oleh ilmuwan Andre Geim dan Konstantin Novoselov yang kemudian memenangkan Hadiah Nobel atas penemuan mereka. Ketika ditemukan, itu mengejutkan banyak ilmuwan yang tidak percaya satu lapisan karbon pun bisa stabil, terutama pada suhu kamar. Namun bukan hanya stabil, ia juga menghasilkan elektron lebih cepat daripada zat lain pada suhu kamar karena pola kisi yang sempurna dan berkualitas tinggi. Kurangnya cacat dalam struktur kisi berarti bahwa tidak ada elektron yang tersebar, menghasilkan ikatan yang sangat kuat namun fleksibel. Memanipulasi elektron ini juga berarti graphene dapat dikonversi menjadi magnet setebal satu atom - berpotensi meningkatkan penyimpanan data satu juta kali lipat.

Aplikasi apa lagi yang bisa disimpan oleh graphene? Daftarnya panjang. Dan sangat mengasyikkan.

Graphene dapat menopang 5 ton atau lebih tanpa putus. Ini lebih keras daripada berlian, meskipun berlian dan graphene tidak terlalu jauh satu sama lain. Keduanya terbuat dari karbon yang hanya dapat menjadi dua struktur kristal alami - grafit atau berlian. Tetapi berlian tidak stabil seperti graphene. Daya tahannya dapat menyebabkan layar ponsel tidak bisa dipecahkan, rompi anti peluru yang lebih baik, dan struktur kota yang lebih tahan lama. Graphene diperkirakan akan menjadi bahan bangunan masa depan untuk wahana antariksa, mobil, kereta api, pesawat terbang, dan bahkan lift yang mengarah ke ruang angkasa.

Transparansi dan konduksi termalnya membuatnya menjadi kandidat yang bagus untuk layar fleksibel di masa depan, tetapi tidak cukup untuk ponsel dan tablet. Graphene juga merupakan superkonduktor. Ini berarti bahwa sementara baterai menggunakan reaksi kimia untuk menghasilkan aliran elektron, graphene hanya memegang elektron sampai Anda membutuhkannya, tidak diperlukan reaksi kimia. Dan mari kita hadapi itu - baterai mengerikan. Mereka mati, butuh waktu berjam-jam untuk mengisi daya, dan mereka bisa kepanasan dan meledak, belum lagi mereka keras terhadap lingkungan. Sebagai perbandingan, graphene dapat mengisi baterai telepon Anda ke baterai penuh dalam hitungan detik dan dapat terurai secara hayati, artinya Anda dapat meletakkannya di tumpukan kompos saat selesai.

Samsung telah berupaya mengintegrasikan graphene ke dalam baterainya menggunakan bola graphene. Hasilnya adalah peningkatan 45% dalam kapasitas dan kecepatan pengisian lima kali lebih cepat. Baterai penuh untuk ponsel Samsung membutuhkan waktu 12 menit. Baterai juga sangat stabil suhunya. Pengisian daya 20 menit dengan baterai graphene akan memberi Anda 600 km perjalanan untuk mobil listrik.

Penyimpanan elektron graphene juga membuat sel surya lebih efisien yang dapat bekerja bahkan saat hujan.

Lapisan graphene tidak dapat ditembus. Mencampurnya menjadi bahan-bahan seperti karet atau plastik bisa membuatnya kedap udara, memungkinkan kapal yang lebih aman dan makanan yang dapat disimpan lebih lama.

Membran graphene oxide menghasilkan air yang lebih murah untuk pengering, tempat yang lebih buruk di dunia. Sementara proses desalinisasi saat ini mahal dan menggunakan banyak energi, mengintegrasikan graphene telah ditunjukkan dalam tes untuk mengurangi penggunaan energi hingga 46%, membuat air desalinasi yang mahal biasanya jauh lebih terjangkau. Ada beberapa rintangan yang harus diatasi berkenaan dengan graphene oxide dan permeabilitasnya terhadap garam tetapi kemajuannya konsisten dan menjanjikan.

Aplikasi potensial lainnya termasuk menyaring limbah nuklir, sebagai dasar untuk superkomputer, dan membangun pemindai medis yang lebih baik, transistor, dan sequencer DNA. Dengan mencangkok graphene langsung ke sel kita, dokter bisa memantau tubuh kita dari dalam menggunakan bantuan nanobots. Bio-aplikasi diprediksi akan menjadi kenyataan pada tahun 2030.

Jadi mengapa kita tidak melihatnya di mana-mana?

Jatuhnya graphene sangat sulit untuk diproduksi. Sejauh ini para ilmuwan hanya mampu membuatnya dalam jumlah kecil, yang terbesar adalah selembar ukuran kartu kredit. Baru-baru ini kami bahkan dapat membuatnya di luar laboratorium.

Untuk menghasilkan bit kartu grafis ukuran graphene, minyak kedelai dipanaskan hingga 800 derajat Celcius pada selembar kertas nikel, menyebabkan karbon mengatur dirinya menjadi selembar graphene. Namun masih sangat banyak masalah skala. Metode hasil tinggi dari pembuatan bahan telah menghasilkan potongan graphene berkualitas rendah. Namun, keseimbangan kemurnian dan skala ini sama dengan produksi silikon yang dihadapi tahun lalu. Aplikasi dan janji materi ini terlalu besar untuk tidak terus mengejar.