Το γραφένιο απομονώθηκε το 2004 από τους Geim και Novoselov από το Πανεπιστήμιο του Manchester (βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2010) και έχει θεωρηθεί ως ένα «υλικό θαύμα», λόγω των εξαιρετικών του ιδιοτήτων που έχουν ήδη βρει χρήση σε πλήθος εφαρμογών και προϊόντων. Ωστόσο, μέχρι σήμερα, η χρήση γραφενίου σε μορφή μικροσκοπικών νιφάδων σε σύνθετα πολυμερικά υλικά περιόριζε την πλήρη εκμετάλλευση των μοναδικών αυτών ιδιοτήτων.

Ομάδα ερευνητών του Ινστιτούτου Επιστημών Χημικής Μηχανικής του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ), του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, και του Πανεπιστήμιου της Νάπολης, με την καθοδήγηση του καθηγητή Κώστα Γαλιώτη, είχαν την πρωτοποριακή ιδέα να χρησιμοποιήσουν φύλλα γραφενίου μεγέθους μερικών εκατοστών, ως ενίσχυση σε πολυμερή σύνθετα υλικά, με τη χρήση πολύ-στρωματικής αρχιτεκτονικής. Η εναλλαγή στιβάδων πολυμερούς και γραφενίου αποτελεί μια έξυπνη στρατηγική, που εξασφαλίζει αποτελεσματική μεταφορά τάσης. Το μονοστρωματικό γραφένιο μεγάλου μεγέθους, έχει πάχος ενός ατόμου, και σε αντίθεση με τις μικρές νιφάδες, δεν υπάρχουν περιορισμοί μεγέθους στις άλλες διαστάσεις (μήκος και πλάτος). Τα υλικά αυτά πλεονεκτούν από την άποψη μηχανικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων και παρέχουν πολύ υψηλή θωράκιση στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI).

Ο καθηγητής Κώστας Γαλιώτης δήλωσε: «Στην εργασία αυτή έγινε προσπάθεια να εκμεταλλευτούμε τις εξαιρετικές μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες του γραφενίου, ως μέσου ενίσχυσης σε πολυμερή που εφαρμόζονται σε μηχανικές εφαρμογές. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην παραγωγή μεγάλου μεγέθους μεμβρανών γραφενίου μίας στρώσης, επιτρέπουν πλέον την ανάπτυξη και παραγωγή πολυστρωματικών νανοσύνθετων υλικών, που ενσωματώνουν δεκάδες, ακόμη και εκατοντάδες, στρώματα γραφενίου σε εμπορικά πολυμερή. Τα υλικά αυτά παρουσιάζουν τιμές δυσκαμψίας ανά κλάσμα όγκου εφάμιλλες εκείνων του τέλειου γραφενίου, ενώ παράλληλα επιδεικνύουν υψηλή θωράκιση στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτή η εργασία ανοίγει το δρόμο για την ανάπτυξη καινοτόμων πολύ-λειτουργικών υλικών χαμηλού βάρους, με εξαιρετικές μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες, τα οποία έχουν τεράστιες εφαρμογές στην αεροδιαστημική και στην αυτοκινητοβιομηχανία, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και ως καλύμματα προστασίας ηλεκτρικών συσκευών λόγω της ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης που προσφέρουν.»

Η σημαντική αυτή εργασία δημοσιεύτηκε την 02/08/2021 στο έγκριτο, υψηλού δείκτη απήχησης περιοδικό Nature Communications. Στην εργασία αυτή συμμετείχαν ως συν-συγγραφείς οι: Χρήστος Παύλου, Δρ. Maria Giovanna Pastore Carbone, Δρ. Αναστάσιος Μανίκας και Δρ. Γιώργος Τρακάκης (ΙΤΕ και Πανεπιστήμιο Πατρών) και ο Δρ. Can Koral, ο Δρ. Gianpaolo Papari και ο καθηγητής Antonello Andreone από το Πανεπιστήμιο της Νάπολης.

Το άρθρο στο Nature Communications:

C. Pavlou, M. G. Pastore Carbone, A. C. Manikas, G. Trakakis, C. Koral, G. Papari, A. Andreone and C. Galiotis, Effective EMI shielding behaviour of thin graphene/ PMMA nanolaminates in the THz range, Nature Comms. 12, 4655, (2021)

Περισσότερες πληροφορίες:

Κώστας Γαλιώτης, Καθηγητής του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών και συνεργαζόμενο μέλος ΔΕΠ του ΙΤΕ/ ΙΕΧΜΗ. Τηλ: 2610-965236, email: c.galiotis@iceht.forth.gr | http://cnm.iceht.forth.gr/