Grafenul, promisiuni și realitate

Dr. Sorin Laurentiu Stanescu
Manager Cercetare și Dezvoltare, LIG Nanowise Ltd, Manchester, Marea Britanie

Grafenul este un material ce constă din straturi de atomi de carbon (1-7 straturi), atomii fiind aranjați în cadrul fiecărui strat într-o rețea bidimensională de tip fagure. Practic, este vorba de o structură bidimensională a cristalului de carbon. Grafenul cu un singur strat de atomi de carbon este obținut cel mai greu, dar este cel mai valoros material pentru numeroase industrii de top ale prezentului.
Grafenul a fost izolat pentru prima dată în 2004 de doi fizicieni de origine rusă, Andre Geim și Konstantin Novoselov, ce lucrau pentru Universitatea din Manchester, iar cei doi primesc Premiul Nobel pentru Fizică în 2010 pentru cercetările lor experimentale în domeniu. Între timp, cei doi fizicieni, care sunt și înnobilați în UK, primind titlul de Sir, pleacă să lucreze pentru Universitatea din Singapore la departamentul de tehnologia materialelor.
Cercetările teoretice asupra grafenului începuseră la jumătatea secolului XX, dar cei doi fizicieni, Geim și doctorandul său de pe vremea aceea, Novoselov, primesc Nobelul pentru extragerea grafenului monostrat din grafit printr-o metodă simplă, folosind bandă adezivă ce dezlipea straturi de cristal de grafit ce erau transferate ulterior pe un substrat de siliciu.
Grafenul izolat astfel avea o conductivitate electrică și termică remarcabile, ceea ce a stârnit un interes imens pentru potențialele sale aplicații în diverse domenii: electronică, tehnologia materialelor, nanotehnologie, aviație. Rezistivitatea sa electrică este de circa 10−6 Ω·cm, valoarea ce îl face superior argintului la acest parametru.

Dificultatea obținerii grafenului

Problema principală cu care se confruntă cercetările legate de grafen este aceea a izolării sale din materialul de bază, grafitul. Obținerea unor cantități mari de grafen, utilizabile în aplicații industriale, s-a dovedit astfel a fi dificilă. Structura de tip fagure în care sunt dispuși atomii de carbon în stratul de grafen este extrem de regulată. Soluția folosită de Geim și Novoselov pentru a obține grafen cu bandă adezivă nu poate fi extinsă, iar creșterea epitaxială nu dă rezultate. În plus, apare necesitatea controlului precis al grosimii stratului de grafen astfel încât să se obțină exact valoarea dorită. Cum grosimea minimă a grafenului compus dintr-un singur strat de atomi este de aproximativ 0,35 nm, adică grosimea unui atom de carbon, apare astfel necesitatea unei evaluări precise a grosimii pe tot parcursul procesului de obținere. Microscopia electronică distruge practic materialul examinat prin pregătirea probelor, iar alte tipuri de microscopie nu disting culorile sau sunt dificil de aplicat.

SMAL – o tehnică microscopică nouă și eficace La Manchester, cercetările din Universitatea locală se extind și în industrie și mai multe companii private se ocupă de tehnologii legate de grafen.

Cercetărul român Sorin Stănescu, ce lucrează în prezent la una din aceste companii, Lignanowise, dezvoltă împreună cu trei colegi, o soluție inovatoare de microscopie optică în spectrul vizibil. Denumită SMAL, abreviere de la Super-Resolution Microsphere Amplified Lens, soluția utilizează un obiectiv ce dispune de o lentilă sferică. SMAL face obiectul unui brevet de invenție recunoscut internațional în mai multe țări.

Tehnica SMAL oferă avantaje considerabile:

-permite vizualizarea sub limita de difracție optică;
-oferă o imagine full-colour;
-folosește o tehnică nedistructivă ce nu alterează obiectul investigat;
-nu există contact direct între obiectivul microscopului și obiectul investigat;
-este simplă, ușor de folosit și rapidă.

Obiectivul SMAL oferă microscopului optic standard oportunități de a obține super-rezoluții și măriri considerabile ale obiectului investigat.