Oppdaget i en blyantflekk, kan grafen være det nye supermaterialet som forvandler sykkelindustrien?
I utgangspunktet er grafen et enkelt materiale. Det er et enkelt lag med karbonatomer som er 0,3 nanometer tykt – en million ganger tynnere enn papiret i dette magasinet. Likevel er den 150 ganger sterkere enn stål og 20 % mer elastisk. Den leder elektrisitet bedre enn kobber eller gull, med en hastighet på én million meter per sekund. Det avgir varmen raskt. Den er gjennomsiktig og helt ugjennomtrengelig, og den burde ha samme innvirkning på det 21. århundre som karbonfiber gjorde på det 20. og stål på det 19. Ikke rart at de to materialforskerne ved Manchester University som oppdaget det i 2003, Andre Geim og Konstantin Novoselov, ble sporet til en Nobelpris og ridderkår. Men hva har dette med sykler å gjøre?
Graphene's early adopters
De første sykkelproduktene som inneholder grafen begynner å komme på markedet. Vittoria bruker grafen i sine nyeste karbon Qurano-felger (se s.20), og Catlike bruker det også i Mixino-hjelmen sin. Tilpasset karbonrammebygger Richard Craddock fra Craddock Cycles sier: Det er mye spenning rundt grafen akkurat nå, men dette er bare de første forsøkene. Som alle nye materialer er dets fulle potensial ennå ikke kjent, men det er mest sannsynlig at den maksimale fordelen ikke er som en erstatning for karbon, men som en forbedring. Jeg vil bruke det når det er bevist.’
Paul Wiper, forskningsassistent ved National Graphene Institute ved Manchester University, sier: Graphene kan forbedre de mekaniske egenskapene til en kompositt, siden den kan dele belastningen når den tilsettes til epoksyharpiksmatrisen og gjøre den stivere. Du må imidlertid finne riktig balanse. Mye grafen, si 10 eller 20 % av matrisen, ville gjøre den veldig stiv, men den ville også være sprø.’
Kollegene hans perfeksjonerer for tiden bruken av grafen i komposittrammer for romfart, og den spanske bilprodusenten Spania inkluderer det allerede i sitt GTA-superbilchassis. Så kan sykkelrammer være neste? "Det er ingen grunn til at den ikke kunne brukes i sykkelrammer, og jeg er sikker på at noen jobber med dem allerede," spår Wiper. Vittoria har så stor tro på grafen, det har lagt pengene sine der munnen er. "Jeg spiste middag for fem år siden med grunnleggeren av Directa Plus, en av de første grafenfabrikkene i Europa, og jeg kom på ideen om å bruke grafen i produktene våre," sier Vittoria-president Rudie Campagne. «Da bestemte vi oss for å investere i dem, for å være i forkant.»
Vittoria hevder ved å bruke grafen i de nye Qurano-karbonhjulene at den har økt ekkehullstyrken og sidestivheten på felgen med opptil 30 %. Men fremfor alt, begeistrer Campagne: 'Den forbedrede varmespredningen av grafen reduserer den akkumulerte temperaturen på felgen [under bremsing], og holder den godt under terskelen der karbonfiber vil begynne å gå i oppløsning.’
Å tilsette grafen til karbon er imidlertid ikke fullt så enkelt som å tilsette sukker i kaffen. Directa Plus leverer grafen til Vittoria som "nano-blodplater", som bare er tre til syv atomer tykke. «Den store utfordringen var å oppnå en nesten perfekt dispersjon av grafen i masterbatchen av epoksyharpiks for prepreg-karbonplatene,» sier Campagne.
bit av inspirasjon
‘Folk hadde spekulert i flere tiår at grafen fantes i allotroper av karbonmaterialer som grafitt, kull og diamant, men ingen hadde visst hvordan man skulle lage det som et enkelt todimensjon alt lag, sier Wiper. I et inspirert øyeblikk hadde Geim og Novoselov startet med en flekk av krystallinsk grafitt – faktisk et blyantmerke – som er satt sammen av flere, stablede lag med grafen, og ved hjelp av klebrig tape fjernet de noe av grafitten. Da de var nysgjerrige, gjorde de det igjen og igjen, helt til de til slutt isolerte et enkelt lag - ren grafen. Så testet de det.
‘Vanligvis når du gjør materialer tynnere og tynnere, blir egenskapene deres dårligere, sier Geim selv. «Men med grafen fant vi ut at ting bare ble bedre.»
Laboratorier rundt om i verden lager nå grafen på mange måter, med forskjellige renheter, varierende prøvestørrelser og batchmengder. Catlike sier for eksempel at den bruker nanofibre for å opprettholde styrken til Mixino-hjelmene, som nå er 10 g lettere enn tidligere modeller. Andre bruker det i form av nanobånd, og Samsung og Sony hevder å ha oppfunnet måter å lage kontinuerlige ark på. Det som kanskje er overraskende, er at det ikke er for dyrt. Du kan kjøpe et kilo nano-blodplater for mindre enn £150. Etter hvert som flere versjoner av materialet blir laget, er det sikkert at bruken av ordet "grafen" i markedsføringsmateriell vil skape forvirring for forbrukerne. Det vil være vanskelig å finne ut om et produkt som hevder å være "grafenforbedret" virkelig inneholder det submikroskopiske materialet, eller om det gjør noe godt. Det er et smutthull de skruppelløse kan utnytte.
‘Et laboratorium kan teste materialet for å se om det fungerer som påstått, men du må gjøre en kjemisk test for å sikre at grafen er tilstede, sier Wiper. Og ettersom grafen finnes i de fleste former for karbon, til og med kullstøv, kan det være et helvete. Men i de riktige hendene er løftet for sykkelindustrien stort. Potensielle bruksområder for grafen inkluderer å forhindre korrosjon på utsatte deler som felger, kjedekranser og eiker, eller, hvis de er innebygd i karbonkomponenter, kan grafen nanofibre lede elektrisitet eller til og med overføre data. Det vil redusere kablingen for elektronisk giring og sykkelcomputere. Alternativt kan den danne strekkmålere i karbonnav, veiver, pedaler, kjettinger eller skosåler, der nanofibrene vil redusere kompleksiteten og potensielt kutte prisen på strømmålere.
Nano-diamanter har allerede blitt belagt med grafen for å lage supersmøremidler, som kan eliminere nesten all friksjon fra lagre, og superlyse, grafenforsterkede lysdioder loves så snart neste år. En grafen-superkondensator kan potensielt lagre mer energi enn noen eksisterende batterier, så derfor vil vesentlig lettere elektroniske skiftende komponenter også være mulig. Dessuten er forsøk på å bygge inn grafenelektroder i polypropylenfibre også i gang, så det er til og med et visst potensiale for fremtidig inkludering i klesplagg. Det er hypotetisk på dette stadiet, men det kan være et tidspunkt når trøyen og shortsen din blir smart, og registrerer hjertefrekvens, blodtrykk, temperatur, svettefrekvens og til og med aktiviteten til individuelle muskler. Det virker virkelig som om bruken og fordelene har få grenser.
‘Graphene er åpenbart så nytt at dets applikasjoner bare så vidt begynner å bli studert, sier Campagne. Det vil ta mange år med grunnleggende og anvendt studier for å komme opp med store nye forbedringer av eksisterende produkter eller nye applikasjoner og forbedringer. Reisen er bare så vidt i gang.’
