Löytyi kynätahrista, voisiko grafeeni olla uusi supermateriaali, joka muuttaa pyöräteollisuuden?
Päivittäin grafeeni on yksinkertainen materiaali. Se on yksi 0,3 nanometrin paksuinen hiiliatomikerros – miljoona kertaa ohuempi kuin tämän lehden paperi. Silti se on 150 kertaa vahvempi kuin teräs ja 20 % joustavampi. Se johtaa sähköä paremmin kuin kupari tai kulta, miljoonan metrin nopeudella sekunnissa. Se luovuttaa lämpöä nopeasti. Se on läpinäkyvä ja täysin läpäisemätön, ja sillä pitäisi olla sama vaikutus 2000-luvulla kuin hiilikuidulla 1900-luvulla ja teräksellä 1800-luvulla. Ei ihme, että kaksi Manchesterin yliopiston materiaalitutkijaa, jotka löysivät sen vuonna 2003, Andre Geim ja Konstantin Novoselov, joutuivat nopeasti Nobel-palkintoon ja ritarikuntiin. Mutta mitä tekemistä tällä on polkupyörien kanssa?
Graphenen varhaiset omaksujat
Ensimmäiset grafeenia sisältävät pyöräilytuotteet alkavat tulla markkinoille. Vittoria käyttää grafeenia uusimmissa hiilikuitukorano-vanteissaan (katso p20) ja Catlike käyttää sitä myös huippuluokan Mixino-kypärässään. Räätälöidyn hiilirungon rakentaja Richard Craddock, Craddock Cycles, sanoo: Grafeenista on tällä hetkellä paljon jännitystä, mutta nämä ovat vasta ensimmäisiä kokeiluja. Kuten jokaisen uuden materiaalin, sen koko potentiaalia ei vielä tunneta, mutta luultavasti suurin hyöty ei ole hiilen korvikkeena vaan lisäyksenä. Käyttäisin sitä, kun se on todistettu.’
Paul Wiper, Manchesterin yliopiston National Graphene Instituten tutkija, sanoo: Grafeeni voi parantaa komposiitin mekaanisia ominaisuuksia, koska se voi jakaa jännityksen, kun se lisätään epoksihartsimatriisiin, ja tekee siitä jäykemmästä. Sinun täytyy kuitenkin saada tasapaino oikeaan. Suuri määrä grafeenia, esimerkiksi 10 tai 20 % matriisista, tekisi siitä todella jäykkä, mutta se olisi myös hauras.'
Hänen kollegansa viimeistelevät parhaillaan grafeenin käyttöä ilmailu- ja avaruusteollisuuden komposiittirungoissa, ja espanjalainen autonvalmistaja Spania sisällyttää sen jo GTA-superautonsa alustaan. Joten voisivatko polkupyörän rungot olla seuraava? "Ei ole mitään syytä, miksi sitä ei voitaisi käyttää pyörän rungoissa, ja olen varma, että joku työskentelee jo niiden parissa", Wiper ennustaa. Vittorialla on niin suuri usko grafeeniin, että se laittaa rahansa sinne, missä suu on. "Satuin syömään viisi vuotta sitten illallisen Directa Plusin, yhden Euroopan ensimmäisistä grafeenitehtaista, perustajan kanssa, ja sain idean käyttää grafeenia tuotteissamme", sanoo Vittorian presidentti Rudie Campagne. "Sitten päätimme sijoittaa niihin ollaksemme kärjessä."
Vittoria väittää, että käyttämällä grafeenia uusissa Qurano-hiilipyörissä se on lisännyt puolanreikien lujuutta ja vanteen sivuttaisjäykkyyttä jopa 30 %. Mutta ennen kaikkea Campagne innostuu: "Grafeenin parannettu lämmönpoisto alentaa vanteen kertyvää lämpötilaa [jarrutettaessa] ja pitää sen selvästi sen kynnyksen alapuolella, jossa hiilikuitu alkaisi hajota.'
Grafeenin lisääminen hiileen ei kuitenkaan ole aivan yhtä helppoa kuin sokerin lisääminen kahviin. Directa Plus toimittaa grafeenia Vittoriaan "nanoverihiutaleina", jotka ovat vain kolmesta seitsemään atomia paksuja. "Suuri haaste oli saavuttaa lähes täydellinen grafeenidispersio prepreg-hiililevyjen epoksihartsin pääerässä", Campagne sanoo.
Viivu inspiraatiota
’Ihmiset ovat spekuloineet vuosikymmeniä, että grafeenia oli olemassa hiilimateriaalien, kuten grafiitin, hiilen ja timanttien, allotroopeissa, mutta kukaan ei ollut tiennyt, kuinka siitä voidaan tehdä yksi kaksiulotteinen kerros, Wiper sanoo. Inspiroidulla hetkellä Geim ja Novoselov aloittivat kiteisen grafiitin tahralla – käytännössä lyijykynämerkinnällä – joka koostuu useista pinottuista grafeenikerroksista, ja teipillä he irrottivat osan grafiitista. Uteliaana he tekivät sen uudestaan ja uudestaan, kunnes lopulta he eristivät yhden kerroksen – puhtaan grafeenin. Sitten he testasivat sen.
’Yleensä kun teet materiaaleja ohuemmiksi ja ohuemmiksi, niiden ominaisuudet heikkenevät, Geim itse sanoo. "Mutta grafeenin avulla huomasimme, että asiat vain paranevat."
Laboratoriot ympäri maailmaa valmistavat nyt grafeenia monin eri tavoin, eri puhtausasteilla, vaihtelevilla näytekokoilla ja erämäärillä. Esimerkiksi Catlike sanoo käyttävänsä nanokuituja ylläpitääkseen Mixino-kypäriensä lujuutta, sillä ne ovat nyt 10 g kevyempiä kuin aikaisemmat mallit. Toiset käyttävät sitä nanonauhoina, ja Samsung ja Sony väittävät keksineensä tapoja tehdä jatkuvia arkkeja. Ehkä kuitenkin yllättävää on, että se ei ole liian kallis. Voit ostaa kilon nano-verihiutaleita alle 150 puntaa. Kun materiaalista syntyy lisää versioita, on varmaa, että sanan "grafeeni" käyttö markkinointimateriaalissa aiheuttaa hämmennystä kuluttajissa. On hankalaa varmistaa, sisältääkö tuote, joka väittää olevansa "grafeenitehostettu", todella submikroskooppista materiaalia vai onko siitä mitään hyötyä. Se on porsaanreikä, jota häikäilemättömät voivat käyttää hyväkseen.
'Laboratorio voisi testata materiaalia nähdäkseen, toimiiko se väitetyllä tavalla, mutta sinun on tehtävä kemiallinen testi varmistaaksesi, että grafeenia on mukana, Wiper sanoo. Ja koska grafeenia on useimmissa hiilen muodoissa, jopa hiilipölyssä, se voi olla Trades Description Act -helvetti. Mutta oikeissa käsissä sen lupaus pyöräilyteollisuudelle on v altava. Grafeenin mahdollisia käyttötarkoituksia ovat korroosion estäminen paljaissa osissa, kuten vanteissa, ketjurenkaissa ja pinnoissa, tai hiilikomponentteihin upotettuna grafeeninanokuidut voivat johtaa sähköä tai jopa siirtää tietoja. Tämä vähentäisi sähköisten vaihteiden ja pyörätietokoneiden kaapelointia. Vaihtoehtoisesti se voisi muodostaa venymäantureita hiilinapoihin, kampeihin, polkimiin, ketjurenkaisiin tai kengänpohjiin, missä sen nanokuidut vähentäisivät monimutkaisuutta ja mahdollisesti alentaisivat tehomittareiden hintaa.
Nanotimantit on jo päällystetty grafeenilla supervoiteluaineiden luomiseksi, jotka voisivat poistaa lähes kaiken kitkan laakereista, ja superkirkkaat, grafeenitehosteiset LEDit luvataan ensi vuonna. Grafeenisuperkondensaattori voi mahdollisesti varastoida enemmän energiaa kuin mikään olemassa oleva akku, joten huomattavasti kevyemmät elektroniset vaihtokomponentit olisivat myös mahdollisia. Lisäksi kokeita grafeenielektrodien upottamiseksi polypropeenikuituihin on myös meneillään, joten on olemassa jopa potentiaalia tulevaisuuden sisällyttämiseen vaatteisiin. Se on tässä vaiheessa hypoteettista, mutta saattaa olla hetki, jolloin pelipaidoistasi ja shortseistasi tulee älykkäitä, ja ne havaitsevat sykkeesi, verenpaineesi, lämpötilasi, hikoilunopeudesi ja jopa yksittäisten lihasten toiminnan. Näyttää todellakin siltä, että sen käyttötavoilla ja eduilla on vähän rajoja.
'Grafeeni on ilmeisesti niin uusi, että sen sovellusten tutkiminen on vasta alkamassa, Campagne sanoo. Veettää monta vuotta perustavanlaatuista ja soveltavaa tutkimusta, jotta saadaan aikaan suuria uusia parannuksia olemassa oleviin tuotteisiin tai uusiin sovelluksiin ja parannuksiin. Matka on vasta alussa.’
