Zakaj izbrati steklena vlakna in grafen, da se združita v novo generacijo super materiala monen steklena vlakna?
Lahko prenese močno vročino letalskih motorjev, hitro segreje sedeže v podzemni železnici v hladnem vremenu in celo poveča učinkovitost industrijskega sušenja za približno 30 %. To je »kralj novih materialov«, grafen, rezultat njegove-medpanožne integracije s steklenimi vlakni: super material naslednje-generacije, »mono-steklena vlakna."
Kaj je mono-steklena vlakna? Začnimo z ogljikom. Od 118 elementov v periodnem sistemu je ogljik nesporen "gospodar". Tvori hrbtenico življenja na Zemlji in ga je mogoče rekonstruirati z edinstvenimi kemičnimi vezmi, pri čemer se spremeni v diamant, grafit in celo en-atom-debel grafen.
Če grafit primerjamo z debelo knjigo, je grafen tanka stran v njej. Zgolj 0,334 nanometra debel, kar ustreza 1/200.000 premera človeškega lasu, ima osupljivo "energijo". Njegova natezna trdnost je 200-krat večja od jekla, njegova toplotna prevodnost je 13-krat večja od čistega bakra, njegova mobilnost elektronov je več kot 100-krat večja od silicija, njegova prepustnost svetlobe pa doseže 97,7 %. Zaradi te lastnosti, da je "tanek kot cikadino krilo, močnejši od jekla", je grafen postal zvezda v svetu materialov.
Samo odkritje grafena je legendarna znanstvena zgodba. Znanstveniki so leta 1947 teoretično napovedali njegov obstoj, vendar ga zaradi termodinamične nestabilnosti dvo-dimenzionalnih materialov niso mogli dejansko izdelati. Leta 2004 so znanstveniki po naključju izolirali eno plast grafena tako, da so grafitne plošče večkrat odluščili in zlepili skupaj s trakom. Ta preprosta metoda jim je leta 2010 prinesla Nobelovo nagrado za fiziko. Na Kitajskem je ekipa akademika Liuja Zhongfana dosegla nepričakovano inovacijo, ki je dodatno povečala zmogljivosti supermaterialov. Študent je pomotoma postavil steklo v laboratorijsko peč in na površini izolacijskega stekla nepričakovano "vzgojil" grafen. Ta preboj je omogočil rast grafena samo na kovinskih substratih, kar je postavilo ključno podlago za poznejšo integracijo materialov.
Zakaj izbratisteklena vlaknain grafen za to sodelovanje? Odgovor se skriva v lastnostih steklenih vlaken. Narejen iz steklenih surovin, staljenih in vlečenih pri visokih temperaturah, ta anorganski, ne-kovinski material, od katerega je vsako vlakno debelo le 7 mikronov in je tanjše od človeškega lasu, združuje prednosti lahkotnosti, prožnosti in visoke-temperaturne odpornosti. Raziskovalno skupino so pritegnile njegove "okostne" zmogljivosti. Z uporabo kemičnega naparjevanja so premazalisteklena vlaknaz grafensko "kožo". Ta "koža" ne le varno ovije vlakno in se upira odstranitvi, ampak mu daje tudi "supermoč" električne in toplotne prevodnosti ter elektromagnetne zaščite.
Danes prvi meter{0}}širok monene na svetusteklena vlaknaproizvodni sistem je dosegel letno proizvodno zmogljivost 20.000 kvadratnih metrov, kar prinaša vrhunske-raziskave iz laboratorija v industrijsko proizvodno linijo. Ta inovacija »togosti in prožnosti« vpliva na-spreminjanje sveta na več področjih. V letalstvu je tradicionalno odmrzovanje kril odvisno od obsežnih uporovnih žic, ki porabijo veliko energije in vplivajo na učinkovitost letenja. Vendar steklena vlakna monen z več kot 90-odstotno-stopnjo pretvorbe električne-toplote ustvarijo površinsko toploto in stopijo led v nekaj sekundah. Preprosta pritrditev na vodilni rob krila zagotavlja varnost letenja.
V sektorju vetrne energije je vetrna elektrarna Hunan pionir v tej tehnologiji in v lopatice vgradila steklena vlakna monen. Tako kot pametna električna odeja tudi ta tehnologija enakomerno segreva zrak, s čimer rešuje kratko življenjsko dobo in nagnjenost k streli-mehanskega in vročega{2}}zračnega odmrzovanja. Ta tehnologija podaljšuje življenjsko dobo turbin in izboljšuje ekonomsko učinkovitost vetrnih elektrarn. V javnem sektorju imajo nekateri sedeži na liniji pekinške podzemne železnice Yizhuang vgrajeno grelno plast iz monen steklenih vlaken, ki dvigne temperature na 40 stopinj v 10-30 sekundah. Oddaja tudi daleč infrardečo "svetlobo življenja" v območju valovnih dolžin 4-15 mikronov, valovne dolžine, ki je ključnega pomena za rastline in živali. Ta tehnologija združuje toplino in zdravje.
Ko vrhunska-tehnologija odvrže svojo odmaknjeno fasado in vstopi v vsakdanje življenje, postane »možnost« znanosti »dogajanje«, ki spremeni svet.
"Supermoč" grafena se sreča z "žilavostjo" steklenih vlaken. To ne le preoblikuje meje materialne uspešnosti, ampak tudi dokazuje drznost kitajskih znanstvenih raziskav. Ta prihodnost, stkana iz grafena in stekla, vabi več ljudi, da se podajo v prostrano morje znanosti.
