Bir kurşun kalem lekesinde keşfedilen grafen, bisiklet endüstrisini dönüştüren yeni süper malzeme olabilir mi?
Görünüşte grafen basit bir malzemedir. 0,3 nanometre kalınlığında tek bir karbon atomu tabakası – bu derginin kağıdından bir milyon kat daha ince. Yine de çelikten 150 kat daha güçlü ve %20 daha elastik. Saniyede bir milyon metre hızla elektriği bakır veya altından daha iyi iletir. Isıyı hızlı bir şekilde atıyor. Tamamen geçirimsiz olduğu kadar şeffaftır ve 21. yüzyılda karbon fiberin 20. yüzyılda ve çeliğin 19. yüzyılda yaptığı etkiye sahip olmalıdır. 2003'te onu keşfeden Manchester Üniversitesi'ndeki iki malzeme bilimcisi Andre Geim ve Konstantin Novoselov'un hızla Nobel Ödülü ve şövalyelik unvanı almasına şaşmamalı. Ama bunun bisikletlerle ne ilgisi var?
Grafeni ilk benimseyenler
Grafen içeren ilk bisiklet ürünleri piyasaya çıkmaya başladı. Vittoria, en yeni karbon Kurano jantlarında grafen kullanıyor (bkz. sayfa 20) ve Catlike de onu en üst seviye Mixino kaskında kullanıyor. Craddock Cycles'tan özel karbon çerçeve üreticisi Richard Craddock, Şu anda grafen hakkında çok fazla heyecan var, ancak bunlar yalnızca ilk denemeler. Her yeni malzeme gibi, tam potansiyeli henüz bilinmemektedir, ancak büyük olasılıkla maksimum fayda, karbonun yerini almak değil, bir geliştirme olarak görülmektedir. Kanıtlandığında kullanırdım.'
Paul Wiper, Manchester Üniversitesi Ulusal Grafen Enstitüsü'nde araştırma görevlisi, 'Grafen, epoksi reçine matrisine eklendiğinde gerilimi paylaşabileceği ve daha sert hale getirebileceği için bir kompozitin mekanik özelliklerini iyileştirebilir. Yine de dengeyi sağlamalısınız. Çok fazla grafen, örneğin matrisin %10 veya %20'si onu gerçekten sert yapar ama aynı zamanda kırılgan da olur.'
Meslektaşları şu anda havacılık ve uzay için kompozit çerçevelerde grafen kullanımını mükemmelleştiriyor ve İspanyol otomobil üreticisi Spania, GTA süper otomobil şasisine zaten dahil ediyor. Peki sıradaki bisiklet çerçeveleri olabilir mi? Wiper, "Bisiklet kadrolarında kullanılamaması için hiçbir neden yok ve eminim birileri zaten bunlar üzerinde çalışıyordur," diye tahmin ediyor. Vittoria grafene o kadar inanıyor ki, parasını ağzının olduğu yere koyuyor. Vittoria başkanı Rudie Campagne, “Avrupa'daki ilk grafen fabrikalarından biri olan Directa Plus'ın kurucusuyla beş yıl önce bir akşam yemeği yedim ve ürünlerimizde grafen kullanma fikrini buldum” diyor. 'Sonra onlara yatırım yapmaya karar verdik, son teknoloji olmak için.'
Vittoria, yeni Kurano karbon tekerleklerinde grafen kullanarak jantın jantın yanal sertliğini ve jantın sağlamlığını %30'a kadar artırdığını iddia ediyor. Ama hepsinden önemlisi, Campagne, "Grafenin geliştirilmiş ısı dağılımı, jantın [frenleme altında] birikmiş sıcaklığını az altarak, karbon fiberin parçalanmaya başlayacağı eşiğin oldukça altında tutarak," diyor.'
Karbona grafen eklemek, kahvenize şeker eklemek kadar basit değil. Directa Plus, Vittoria'ya sadece üç ila yedi atom kalınlığında olan "nano trombositler" olarak grafen sağlar. Campagne, "En büyük zorluk, prepreg karbon levhalar için ana epoksi reçine yığınında mükemmele yakın bir grafen dağılımı elde etmekti" diyor.
İlham parçası
'İnsanlar onlarca yıldır grafenin grafit, kömür ve elmas gibi karbon malzemelerin allotroplarında var olduğunu düşünüyordu, ancak kimse onu iki boyutlu tek bir katman olarak nasıl yapacağını bilmiyordu, 'diyor Wiper. İlham verici bir anda, Geim ve Novoselov, birden fazla, yığılmış grafen katmanından oluşan bir kristal grafit lekesi - etkili bir şekilde bir kalem işareti - ile başladılar ve yapışkan bant kullanarak grafitin bir kısmını çıkardılar. Meraklı olduklarından, sonunda tek bir katman olan saf grafen izole edene kadar bunu tekrar tekrar yaptılar. Sonra test ettiler.
'Genellikle malzemeleri giderek daha ince hale getirdiğinizde, özellikleri bozulur,' diyor Geim'in kendisi. "Fakat grafen ile her şeyin daha iyi olduğunu gördük."
Dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlar artık farklı saflıklarda, değişen numune boyutlarında ve parti miktarlarında grafen üretiyor. Örneğin Catlike, artık önceki modellerden 10g daha hafif olan Mixino kasklarının gücünü korumak için nano lifler kullandığını söylüyor. Diğerleri onu nano-şeritler biçiminde kullanıyor ve Samsung ve Sony, sürekli tabakalar yapmanın yollarını keşfettiklerini iddia ediyor. Belki de şaşırtıcı olan şey, aşırı pahalı olmamasıdır. 150 Sterlin'den daha ucuza bir kilo nano trombosit satın alabilirsiniz. Malzemenin daha fazla versiyonu oluşturuldukça, pazarlama materyallerinde 'grafen' kelimesinin kullanılmasının tüketiciler için kafa karışıklığı yaratacağı kesindir. "Grafen ile güçlendirilmiş" olduğunu iddia eden bir ürünün gerçekten mikroskobik malzeme içerip içermediğini veya herhangi bir işe yarayıp yaramadığını belirlemek zor olacaktır. Bu, vicdansızların yararlanabileceği bir boşluk.
'Bir laboratuvar, malzemeyi iddia edildiği gibi çalışıp çalışmadığını görmek için test edebilir, ancak grafenin mevcut olduğundan emin olmak için kimyasal bir test yapmanız gerekir, 'diyor Wiper. Ve grafen çoğu karbon formunda, hatta kömür tozunda bulunduğundan, Ticaret Açıklama Yasası cehennemi olabilir. Ancak doğru ellerde bisiklet endüstrisi için vaadi çok büyük. Grafenin potansiyel kullanımları arasında, jantlar, aynakol dişlileri ve jant telleri gibi açıkta kalan parçalarda korozyonun önlenmesi veya karbon bileşenlerine gömülü olması durumunda grafen nano liflerinin elektrik iletebilmesi ve hatta veri aktarabilmesi yer alıyor. Bu, elektronik vites değiştirme ve bisiklet bilgisayarları için kablolamayı az altacaktır. Alternatif olarak karbon göbeklerde, kranklarda, pedallarda, aynakol dişlilerinde veya ayakkabı tabanlarında, nano liflerinin karmaşıklığı az altacağı ve potansiyel olarak elektrik sayaçlarının fiyatını düşüreceği gerinim ölçerler oluşturabilir.
Nano-elmaslar, rulmanlardan kaynaklanan neredeyse tüm sürtünmeyi ortadan kaldırabilecek süper yağlayıcılar oluşturmak için şimdiden grafen ile kaplandı ve gelecek yıl en kısa sürede süper parlak, grafenle güçlendirilmiş LED'ler vaat ediliyor. Bir grafen süper kapasitör potansiyel olarak mevcut herhangi bir pilden daha fazla enerji depolayabilir, bu nedenle önemli ölçüde daha hafif elektronik kaydırma bileşenleri de mümkün olacaktır. Dahası, polipropilen liflere grafen elektrotları yerleştirme denemeleri de devam ediyor, bu nedenle gelecekteki giysilere dahil edilme potansiyeli bile var. Bu aşamada varsayımsaldır, ancak formanızın ve şortunuzun akıllı hale geldiği, kalp atış hızınızı, kan basıncınızı, sıcaklığınızı, terleme hızınızı ve hatta bireysel kasların faaliyetini algıladığı bir zaman olabilir. Gerçekten de kullanımlarının ve faydalarının sınırlı bir sınırı var gibi görünüyor.
'Grafen açıkça o kadar yeni ki, uygulamaları daha yeni incelenmeye başlıyor, 'diyor Campagne. 'Mevcut ürünlerde büyük yeni iyileştirmeler veya yeni uygulamalar ve iyileştirmeler bulmak için uzun yıllar süren temel ve uygulamalı çalışmalar gerekecek. Yolculuk daha yeni başlıyor.'
