کشف شده در یک لکه مداد، آیا گرافن می تواند ابر ماده جدیدی باشد که صنعت دوچرخه را متحول می کند؟
در ظاهر، گرافن یک ماده ساده است. این یک لایه منفرد از اتم‌های کربن به ضخامت 0.3 نانومتر است که یک میلیون بار نازک‌تر از کاغذ این مجله است. با این حال 150 برابر قوی‌تر از فولاد و 20 درصد الاستیک‌تر است. الکتریسیته را بهتر از مس یا طلا با سرعت یک میلیون متر در ثانیه هدایت می کند. به سرعت گرما می ریزد. این شفاف و همچنین کاملاً غیرقابل نفوذ است و باید همان تأثیری را در قرن بیست و یکم داشته باشد که فیبر کربن در قرن بیستم و فولاد در نوزدهم. جای تعجب نیست که دو دانشمند مواد در دانشگاه منچستر که آن را در سال 2003 کشف کردند، آندره گیم و کنستانتین نووسلوف، به سرعت جایزه نوبل و شوالیه را دریافت کردند.اما این چه ربطی به دوچرخه دارد؟
پذیرندگان اولیه گرافن
اولین محصولات دوچرخه سواری حاوی گرافن در حال عرضه به بازار هستند. ویتوریا در جدیدترین رینگ‌های کورانو کربنی خود از گرافن استفاده می‌کند (نگاه کنید به p20) و Catlike نیز از آن در کلاه ایمنی Mixino خود استفاده می‌کند. ریچارد کراداک، سازنده قاب‌های کربنی سفارشی از Craddock Cycles می‌گوید: «در حال حاضر هیجان زیادی درباره گرافن وجود دارد، اما اینها تنها اولین تلاش‌ها هستند. مانند هر ماده جدید، پتانسیل کامل آن هنوز شناخته نشده است، اما به احتمال زیاد حداکثر سود آن به عنوان جایگزینی برای کربن نیست، بلکه به عنوان یک افزایش است. وقتی ثابت شد از آن استفاده خواهم کرد.'
Paul Wiper، همکار پژوهشی در موسسه ملی گرافن در دانشگاه منچستر، می‌گوید: «گرافن می‌تواند خواص مکانیکی یک کامپوزیت را بهبود بخشد، زیرا وقتی به ماتریکس رزین اپوکسی اضافه می‌شود، می‌تواند کرنش را به اشتراک بگذارد و آن را سفت‌تر کند. با این حال، باید تعادل را به درستی برقرار کنید. مقدار زیادی گرافن، مثلاً 10 یا 20 درصد ماتریس، آن را واقعاً سفت می کند، اما همچنین شکننده خواهد بود.'
همکاران او در حال حاضر در حال تکمیل استفاده از گرافن در قاب های کامپوزیتی برای هوافضا هستند و خودروساز اسپانیایی اسپانیا هم اکنون آن را در شاسی ابرخودروی GTA خود گنجانده است. بنابراین آیا قاب دوچرخه می تواند بعدی باشد؟ وایپر پیش‌بینی می‌کند: «اصلا دلیلی وجود ندارد که از آن در قاب‌های دوچرخه استفاده نشود و من مطمئن هستم که کسی قبلاً روی آن کار می‌کند.» ویتوریا چنان به گرافن ایمان دارد و پول خود را در جایی می گذارد. رودی کامپاین، رئیس ویتوریا می‌گوید: پنج سال پیش با موسس Directa Plus، یکی از اولین کارخانه‌های گرافن در اروپا، شام خوردم و ایده استفاده از گرافن در محصولاتمان به ذهنم رسید. "سپس تصمیم گرفتیم روی آنها سرمایه گذاری کنیم تا در لبه برتر باشیم."
ویتوریا ادعا می کند که با استفاده از گرافن در چرخ های کربنی جدید Qurano، استحکام سوراخ سوراخ و سفتی جانبی رینگ را تا 30 درصد افزایش داده است. اما مهم‌تر از همه، Campagne مشتاق است، «تاتباع گرمای بهبود یافته گرافن، دمای انباشته‌شده لبه [زیر ترمز] را کاهش می‌دهد، و آن را بسیار پایین‌تر از آستانه‌ای نگه می‌دارد که فیبر کربن شروع به تجزیه شدن می‌کند.'
افزودن گرافن به کربن به سادگی افزودن شکر به قهوه نیست. Directa Plus گرافن را به عنوان "نانو پلاکت" در اختیار ویتوریا قرار می دهد که تنها سه تا هفت اتم ضخامت دارند. Campagne می‌گوید: «چالش بزرگ دستیابی به پراکندگی تقریباً کامل گرافن در دسته اصلی رزین اپوکسی برای ورقه‌های کربن پیش‌آغاز بود.»
برشی از الهام
وایپر می‌گوید: «مردم برای دهه‌ها حدس می‌زدند که گرافن در آلوتروپ‌های مواد کربنی مانند گرافیت، زغال‌سنگ و الماس وجود دارد، اما هیچ‌کس نمی‌دانست چگونه آن را به صورت یک لایه دو بعدی بسازد. در یک لحظه الهام‌گرفته، گیم و نووسلوف با لکه‌ای از گرافیت کریستالی – در واقع یک علامت مداد – که از چند لایه گرافن روی هم قرار گرفته است شروع کردند و با استفاده از نوار چسب مقداری از گرافیت را از بین بردند.آنها با کنجکاوی بارها و بارها این کار را انجام دادند تا اینکه در نهایت یک لایه - گرافن خالص را جدا کردند. سپس آن را آزمایش کردند.
خود گیم می گوید: «معمولاً وقتی مواد را نازک تر و نازک تر می کنید، خواص آنها بدتر می شود. "اما با گرافن متوجه شدیم که همه چیز بهتر شد."
آزمایشگاه‌ها در سرتاسر جهان اکنون گرافن را به روش‌های مختلف، با خلوص متفاوت، اندازه‌های نمونه و مقادیر دسته‌ای متفاوت می‌سازند. به عنوان مثال، Catlike می‌گوید که از الیاف نانو برای حفظ استحکام کلاه‌های Mixino خود استفاده می‌کند که اکنون 10 گرم سبک‌تر از مدل‌های قبلی هستند. برخی دیگر از آن به شکل نوارهای نانو استفاده می کنند و سامسونگ و سونی ادعا می کنند که راه هایی برای ساخت ورق های پیوسته ابداع کرده اند. با این حال، چیزی که شاید تعجب آور باشد این است که خیلی گران نیست. شما می توانید یک کیلو نانو پلاکت را با کمتر از 150 پوند خریداری کنید. همانطور که نسخه های بیشتری از مواد ایجاد می شود، مسلم است که استفاده از کلمه "گرافن" در مواد بازاریابی باعث سردرگمی مصرف کنندگان خواهد شد. تعیین اینکه آیا محصولی که ادعا می‌کند «گرافن تقویت‌شده» است، واقعاً حاوی مواد زیر میکروسکوپی است یا خیر، دشوار خواهد بود.این روزنه‌ای است که افراد بی‌وجدان می‌توانند از آن سوء استفاده کنند.
وایپر می‌گوید: «یک آزمایشگاه می‌تواند مواد را آزمایش کند تا ببیند آیا مطابق ادعا عمل می‌کند یا خیر، اما برای اطمینان از وجود گرافن باید یک آزمایش شیمیایی انجام دهید.» و از آنجایی که گرافن در بیشتر اشکال کربن، حتی گرد و غبار زغال سنگ وجود دارد، می تواند جهنم قانون توصیف تجارت باشد. اما در دستان درست، وعده آن برای صنعت دوچرخه سواری بسیار گسترده است. کاربردهای بالقوه گرافن شامل جلوگیری از خوردگی در قسمت‌های در معرض دید مانند رینگ‌ها، حلقه‌های زنجیری و پره‌ها است، یا اگر نانوالیاف گرافن در اجزای کربنی جاسازی شوند، می‌توانند جریان الکتریکی یا حتی داده‌ها را انتقال دهند. این امر باعث کاهش کابل کشی برای تعویض دنده الکترونیکی و کامپیوترهای دوچرخه می شود. همچنین می‌تواند در توپی‌های کربن، میل لنگ، پدال‌ها، حلقه‌های زنجیر یا زیره کفش، فشارسنج‌هایی ایجاد کند که در آن نانوالیاف آن پیچیدگی را کاهش می‌دهد و به طور بالقوه قیمت مترهای قدرت را کاهش می‌دهد.
نانوالماس‌ها قبلاً با گرافن پوشانده شده‌اند تا روان‌کننده‌های فوق‌العاده‌ای ایجاد کنند که می‌تواند تقریباً تمام اصطکاک یاتاقان‌ها را از بین ببرد، و ال‌ای‌دی‌های فوق‌نور و تقویت‌شده با گرافن در سال آینده وعده داده می‌شوند.یک ابرخازن گرافنی به طور بالقوه می‌تواند انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های موجود ذخیره کند، بنابراین اجزای جابجایی الکترونیکی بسیار سبک‌تر نیز ممکن می‌شوند. علاوه بر این، آزمایش‌هایی برای جاسازی الکترودهای گرافن در الیاف پلی‌پروپیلن نیز در حال انجام است، بنابراین حتی پتانسیل‌هایی برای گنجاندن در آینده در لباس‌های لباس وجود دارد. در این مرحله فرضی است، اما ممکن است زمانی پیش بیاید که پیراهن و شورت شما هوشمند می‌شوند و ضربان قلب، فشار خون، دما، میزان تعریق و حتی فعالیت ماهیچه‌ها را تشخیص می‌دهند. واقعاً به نظر می رسد که کاربردها و مزایای آن محدودیت های کمی دارد.
"Campagne می گوید: "بدیهی است که گرافن آنقدر جدید است که کاربردهای آن تازه شروع به مطالعه کرده است." سالها مطالعه بنیادی و کاربردی طول می کشد تا به پیشرفت های جدید و عالی در محصولات موجود یا برنامه ها و اصلاحات جدید برسیم. سفر تازه شروع شده است.'
