Ο Ευρωπαϊκός οδικός χάρτης για την επιστήμη και τεχνολογία του γραφενίου

 >>Οι χρήσεις του γραφενίου

Γραφένιο: από υλικό επιστημονικής φαντασίας σε υλικό του μέλλοντος

Το γραφένιο είναι ένα δισδιάστατο υλικό που αποτελείται από άτομα άνθρακα τοποθετημένα σε μια διάταξη που μοιάζει με κυψέλη. Το απλό αυτό ημιμέταλλο που αποτελεί τον καλύτερο γνωστό αγωγό θερμότητας και το λεπτότερο γνωστό υλικό, είναι 100-300 φορές πιο σκληρό από το ατσάλι και μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρισμό καλύτερα και από το πυρίτιο.

Το γραφένιο αποτελεί αντικείμενο εκρηκτικής, επιστημονικής δραστηριότητας εδώ και περίπου 9 χρόνια, όταν δημοσιεύτηκαν τα πρωτοποριακά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν πάνω στο νέο αυτό υλικό και είχαν ως αποτέλεσμα την απονομή του βραβείου Νόμπελ Φυσικής για το 2010 στους καθηγητές του Πανεπιστήμιου του Manchester, Andre Geim και Kostya Novoselov. Ο μοναδικός συνδυασμός των εκπληκτικών ιδιοτήτων του καθιστά το γραφένιο την απαρχή νέων, ρηξικέλευθων τεχνολογιών, σε ένα ευρύ τεχνολογικό πεδίο. Η ερευνητική δραστηριότητα για το γραφένιο καλύπτει ολόκληρη την οικονομική αλυσίδα, από την παραγωγή υλικών έως την ενοποίηση εξαρτημάτων και συστημάτων, και στοχεύει σ’ έναν αριθμό επιτευγμάτων που θα αξιοποιούν τις μοναδικές ιδιότητες του γραφενίου. Κομβικές εφαρμογές είναι, ενδεικτικά, ηλεκτρονικές και οπτικές διατάξεις υψηλής ταχύτητας, ελαφρά, λειτουργικά εξαρτήματα και εξελιγμένες μπαταρίες. Στα παραδείγματα νέων προϊόντων για τον καταναλωτή που θα βασίζονται στις τεχνολογίες του γραφενίου, περιλαμβάνονται ηλεκτρονικές συσκευές υψηλής ταχύτητας που θα είναι ταυτόχρονα εύκαμπτες και ανθεκτικές, όπως το ηλεκτρονικό χαρτί και οι ευλύγιστες συσκευές επικοινωνίας, καθώς επίσης και αεροσκάφη ελαφρύτερα και πιο οικονομικά στην κατανάλωση ενέργειας. Μακροπρόθεσμα, το γραφένιο αναμένεται να ανοίξει νέους ορίζοντες σε ιατρικές εφαρμογές, όπως στους τεχνητούς αμφιβληστροειδείς, και να συνεισφέρει σε νέα, υπολογιστικά πρότυπα.

Η ευρωπαϊκή πλατφόρμα του γραφενίου (Graphene Flagship) δημοσιοποίησε έναν σημαντικό, επιστημονικό και τεχνολογικό οδικό χάρτη, ο οποίος εστιάζει σε ερευνητικές περιοχές ικανές να πάρουν το γραφένιο (και τα άλλα δισδιάστατα υλικά) από τα ακαδημαϊκά εργαστήρια και να το χρησιμοποιήσουν σε εφαρμογές προς όφελος της κοινωνίας.

Τον Οκτώβριο του 2013, η ακαδημαϊκή κοινότητα και η βιομηχανία ένωσαν τις προσπάθειές τους για να δημιουργήσουν το Graphene Flagship που είναι ένα μεγάλο Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα Έρευνας και Καινοτομίας. Σε αυτό εμπλέκονται 142 ερευνητικοί εταίροι από 23 χώρες, μαζί με έναν αυξανόμενο αριθμό συνεργατών. Στόχος του Graphene Flagship είναι να αντιμετωπίσει τις μεγάλες επιστημονικές και τεχνολογικές προκλήσεις του σήμερα στην περιοχή των δισδιάστατων κρυστάλλων, όπως το γραφένιο, μέσω μιας μακροπρόθεσμης προσπάθειας διεπιστημονικής έρευνας και ανάπτυξης. Η συνολική χρηματοδότηση για τη δεκαετή λειτουργία του Flagship ανέρχεται σε 1 δις. Ευρώ.

Πρόσφατα δημοσιεύτηκε στο έγκριτο, διεθνές, επιστημονικό περιοδικό Nanoscale της Royal Society of Chemistry (http://xlink.rsc.org/?doi=C4NR01600A), ο οδικός χάρτης του Flagship με ορίζοντα πλέον των 10 ετών. Τον οδικό αυτό χάρτη συνυπογράφουν 60 επιστήμονες από ακαδημαϊκούς και βιομηχανικούς φορείς. Στόχος του είναι να οδηγήσει την ερευνητική κοινότητα και τη βιομηχανία στη δημιουργία προϊόντων βασισμένων στο γραφένιο και σε άλλα δισδιάστατα υλικά. Επίσης, στις μελλοντικές επιδιώξεις του προγράμματος είναι να εντοπίσει νέα, πολυστρωματικά υλικά με βάση το γραφένιο και άλλους συναφείς κρυστάλλους, να αξιολογήσει τις δυνατότητες σε μια σειρά από εφαρμογές και τον ασφαλή τρόπο παραγωγής τους σε βιομηχανική κλίμακα.

Πέρα από τη βασική επιστήμη και έρευνα που διεξάγεται στην περιοχή αυτή, έντεκα τεχνολογικοί τομείς προσδιορίζονται στον οδικό χάρτη ως μελλοντικοί τομείς εφαρμογών για το γραφένιο και τους άλλους δισδιάστατους κρυστάλλους. Μέσα σε αυτούς τους τομείς περιλαμβάνονται η υγεία και το περιβάλλον, νέες, ηλεκτρονικές συσκευές, η φωτονική και η οπτοηλεκτρονική, νέοι αισθητήρες, ευέλικτα, ηλεκτρονικά συστήματα, η ενέργεια, τα σύνθετα υλικά και συσκευές βιοϊατρικής. Ο κάθε τομέας εξετάζεται ξεχωριστά με συγκεκριμένα χρονοδιαγράμματα.

Συντονιστές της προσπάθειας του νέου αυτού τεχνολογικού οδικού χάρτη είναι ο καθηγητής Andrea Ferrari, Διευθυντής του Κέντρου Γραφενίου του Πανεπιστημίου του Cambridge, και Πρόεδρος του Εκτελεστικού Συμβουλίου του Graphene Flagship, και ο Δρ. Francesco Bonaccorso του Ιταλικού Ινστιτούτου Τεχνολογίας. Από τη χώρα μας εμπλεκόμενοι είναι ο εθνικός συντονιστής του Graphene Flagship, καθηγητής Κωνσταντίνος Γαλιώτης του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Παν. Πατρών και συνεργαζόμενο μέλος του ΙΤΕ/ ΙΕΧΜΗ, και οι Ελευθέριος Λοιδωρίκης, Αναπληρωτής Καθηγητής στο Παν. Ιωαννίνων και ο Εμμανουήλ Κυμάκης, Αναπληρωτής Καθηγητής του ΑΤΕΙ Κρήτης. Από το Πανεπιστήμιο Πατρών, επίσης, εμπλέκονται στο Flagship ο Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Παπαγγελής από το Τμήμα Επιστήμης των Υλικών και ο Δρ. Ιωάννης Παρθένιος από το ΙΤΕ/ ΙΕΧΜΗ.