Sceptyczni czytelnicy z pewnością pomyślą teraz, że grafen jest jak piłkarz, który zapowiadał się na drugiego Lewandowskiego, lecz ostatecznie skończył w lidze okręgowej. Nic bardziej mylnego: bo jedną rzeczą jest odkryć taki materiał jak grafen, lecz znalezienie dla niego zastosowań to zupełnie inna bajka. To dlatego „Lewandowski-bis” jeszcze nie ukazał swojego pełnego potencjału.
Reklama

Miejsca parkingowe

Grafen zachwycił jako doskonały przewodnik, więc większość zastosowań, jakich poszukują naukowcy, ma związek z przepływem prądu. Tak jest i w przypadku róż grafenowych. Te już mają zastosowanie – to urządzenia do przechowywania energii, jednak nieoptymalne są procesy ich produkcji. Zupełnie nową metodę opracował dr Piotr Kamedulski we współpracy z mgr. Wojciechem Zielińskim pod okiem prof. Jerzego Łukaszewicza (wszyscy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu). – Nasz sposób jest prosty i tani, a do tego wydajny i zapewnia wysokiej klasy produkt – cieszy się dr Kamedulski.
Urządzenia do magazynowania energii, gdzie można wykorzystać róże grafenowe, to m.in. niektóre typy baterii (baterie metal-powietrze) oraz superkondensatory. Te drugie też są rodzajem baterii, tyle że nie są w stanie przechowywać znacznej ilości energii. Są za to bardziej trwałe i potrafią bardzo szybko (nawet w ułamku sekundy) oddać składowaną energię.
Z zastosowaniem grafenu w tych urządzeniach jest jednak pewien problem: to materiał dwuwymiarowy, składający się z jednej warstwy atomów. A tutaj potrzebne są materiały trójwymiarowe, o dużej powierzchni wewnętrznej. Aby zrozumieć po co, wystarczy przypomnieć sobie zasadę działania „zwykłej” baterii litowo-jonowej: wędrujące przez nią jony litu muszą mieć gdzie „zaparkować”. Im bardziej porowaty jest materiał, tym więcej „miejsc parkingowych”, a tym samym większa pojemność elektryczna ogniwa.

Nie olej i nie laser

Naukowcy starają się znaleźć sposoby na to, żeby nadać grafenowi dodatkowy wymiar (nieco metaforycznie mówiąc). Powstałe w ten sposób struktury często przypominają kwiaty róży (oczywiście w odpowiednim powiększeniu), stąd nazwa – róże grafenowe. Dotychczas naukowcy otrzymywali je za pomocą dwóch metod. – W jednej potrzebny jest olej, w drugiej wykorzystuje się laser. Obydwie mają wady – tłumaczy dr Kamedulski.
W pierwszej metodzie róże trzeba oczyścić z oleju, co wymaga dużej ilości wody i detergentów. W drugiej z kolei część grafenu reaguje z powietrzem, w związku z czym tracimy surowiec. Z problemem można byłoby poradzić sobie, przeprowadzając reakcję w hermetycznej komorze, ale każdy dodatkowy element powoduje podwyższenie kosztów.
Tymczasem w opracowanej przez zespół metodzie takich komplikacji nie ma. Wystarczy z grafitu zrobić płatki grafenowe, a te następnie w kontakcie z wysoką temperaturą (bez przesady – wystarczy 150–300 st. C) same spontanicznie zorganizują się w róże grafenowe. Co więcej, opracowana przez dr. Kamedulskiego metoda ma jeszcze jedną zaletę: jest niezwykle wydajna. – Co z tego, że uda nam się opracować innowacyjny proces, jeśli ten na pożądany materiał zamienia nam tylko 10 proc. surowca, a reszta staje się odpadem? – pyta młody badacz.
Doktor Kamedulski z rozbrajającą szczerością wspomina, że prace nad wynalazkiem trwały dwa miesiące („trzy, żeby to było w odpowiedni sposób wydajne i miało pożądane przez nas parametry”). Pomysłodawcą był promotor, prof. Jerzy Łukaszewicz. Naukowiec miał doskonałego nosa: wynalazek został obsypany licznymi nagrodami, w tym czterema złotymi i jednym srebrnym medalem na Międzynarodowych Targach Wynalazczości. ©℗

KOMENTARZ

Zastrzeżenia patentowe kluczem do skutecznego zgłoszenia (Małgorzata Trejgis, rzecznik patentowy, Kancelaria JWP Rzecznicy Patentowi)

Od wielu lat grafen pobudza wyobraźnię naukowców, wizjonerów oraz przedsiębiorców jako jeden z materiałów przyszłości, zapewniających nieograniczone niemal zastosowanie. Związane jest to przede wszystkim z niezwykłymi właściwościami tego materiału, do których zaliczyć można wysokie parametry przewodności elektrycznej i termicznej czy też niespotykaną dotąd wytrzymałość mechaniczną. Nie dziwi zatem, że w celu przyspieszenia rewolucji grafenowej świat nauki nieustannie dąży do opracowywania nowych, bardziej dostępnych technologicznie oraz tańszych metod jego otrzymywania. W trend ten doskonale wpisuje się dokonane przez Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu zgłoszenie wynalazku dotyczące innowacyjnego sposobu otrzymywania trójwymiarowych róż grafenowych.
Opracowana przez zespół prof. dr. hab. Jerzego P. Łukaszewicza w pełni bezolejowa i bezlaserowa metoda otrzymywania trójwymiarowych struktur grafenowych bazuje na zjawisku samorzutnej agregacji separowanych płatków grafenowych, uzyskiwanych wcześniej na drodze mokrej eksfoliacji komercyjnego grafitu czy proszku grafenowego. Rozwiązanie pozwala z jednej strony na uzyskanie pożądanej z punktu widzenia właściwości grafenu postaci trójwymiarowej, a z drugiej wykorzystanie w procesie wytwarzania łatwych do utylizacji surowców, które w znikomy sposób oddziałują na środowisko naturalne. Rozwiązanie to bez wątpienia wykazuje wysoki potencjał komercjalizacyjny – dlatego jego zgłoszenie w celu uzyskania ochrony patentowej stanowi słuszną strategię.
Zgłoszenie wynalazku musi spełniać przesłanki zdolności patentowej: nowości, poziomu wynalazczego oraz przemysłowej stosowalności. Na etapie zgłoszenia kluczową rolę odgrywa prawidłowe sformułowanie opisu zgłoszeniowego, w tym przede wszystkim zastrzeżeń patentowych definiujących de facto zakres ochrony prawnej rozwiązania. W przypadku ewentualnych błędów w dokumentacji merytorycznej zgłoszenia, nawet w zakresie najbardziej innowacyjnych rozwiązań, źle sformułowane zastrzeżenia mogą stanowić problem na etapie rozpatrywania przez Urząd Patentowy. Dlatego prawidłowe skonstruowanie dokumentacji zgłoszeniowej wynalazku zawsze warto skonsultować z rzecznikiem patentowym, zwłaszcza mającym wykształcenie zgodne z dziedziną zgłaszanego rozwiązania. ©℗