Μόλις το 1779 ο Σουηδός χημικός Καρλ Σέλε απέδειξε ότι το plumbago δεν είναι μόλυβδος αλλά άνθρακας και μια δεκαετία αργότερα ένας Γερμανός γεωλόγος πρότεινε την ελληνογενή ονομασία γραφίτης (δηλαδή κάτι για να γράφεις). Κατά τη διάρκεια των Ναπολεόντειων πολέμων ο γραφίτης αποτέλεσε υλικό στρατηγικής σημασίας, αφού ήταν ιδανικός για τη δημιουργία καλουπιών για μπάλες κανονιών. Τότε, μάλιστα, η Αγγλία απαγόρευσε την εξαγωγή στη Γαλλία, τόσο του γραφίτη όσο και των μολυβιών!
Αν αυτή η διαδρομή του γραφίτη στην ιστορία φαίνεται σήμερα κάπως απίθανη, πιο απίθανο ηχεί το γεγονός ότι κάθε φορά που χαράζουμε μια γραμμή με το μολύβι, το αποτύπωμα στο χαρτί περιέχει μικροσκοπικά κομμάτια από το πιο ενδιαφέρον νέο υλικό στη φυσική στερεάς κατάστασης και τη νανοτεχνολογία: το γραφένιο.
Για πολλά χρόνια, όλες οι προσπάθειες για την παρασκευή γραφενίου αποτύγχαναν. Αρχικά οι επιστήμονες προσπάθησαν να σχίσουν το γραφίτη με χημικές μεθόδους, παρεμβάλλοντας διάφορα μόρια ανάμεσα στα στρώματα γραφενίου που τον απαρτίζουν. Αν και στιγμιαία σχηματιζόταν γραφένιο, τελικά κατέληγαν να πάρουν ένα χυλό σωματιδίων γραφίτη, κάτι σαν φούμο (αιθάλη) σε αιώρηση μέσα σε υγρό.
Μετά δοκίμασαν μια πιο άμεση μέθοδο. Χώρισαν τους κρυστάλλους γραφίτη σε όλο και πιο λεπτά πλακίδια τρίβοντάς τα πάνω σε κάποια άλλη επιφάνεια. Με την τεχνική αυτή κατάφεραν να φτιάξουν διάφανα υμένια γραφίτη με πάχος λιγότερο από 100 επίπεδα ατόμων. Αργότερα, χρησιμοποιώντας μικροσκοπικούς κρυστάλλους γραφίτη ως ακίδες σε μικροσκόπια ατομικής δύναμης, κατάφεραν να σχηματίσουν μικρές κυλινδρικές φέτες πάχους μερικών δεκάδων ατόμων άνθρακα. Ωστόσο, το αποτέλεσμα ήταν και πάλι λεπτός γραφίτης, όχι γραφένιο. Αρκετοί επιστήμονες είχαν αρχίσει να πιστεύουν ότι τέτοιο υλικό δεν μπορούσε να υπάρξει στη φύση.
Αυτή η απαισιόδοξη άποψη παραμερίστηκε οριστικά το 2004, όταν οι ερευνητές ενός εργαστηρίου στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ αποφάσισαν να καινοτομήσουν και να μην προσπαθήσουν να φτιάξουν γραφένιο από αιθάλη, όπως έκαναν εκείνη την περίοδο τα υπόλοιπα εργαστήρια. Οι επιστήμονες ξεκίνησαν με μικρά πλακίδια που προέκυψαν από τη θραύση του γραφίτη και τα οποία τοποθέτησαν πάνω σε κολλητική ταινία. Διπλώνοντας την ταινία έτσι που να κολλήσει και στις δύο πλευρές των πλακιδίων, πέτυχαν με το ξεκόλλημα της ταινίας να παράγουν πιο λεπτά πλακίδια. Επαναλαμβάνοντας την ίδια διαδικασία αρκετές φορές, έφτασαν σχετικά εύκολα, προς έκπληξή τους, να παρασκευάσουν πλακίδια με πάχος μόλις ενός ατόμου. Προς ακόμα μεγαλύτερη έκπληξή τους, το γραφένιο αποδείχτηκε να έχει υψηλής ποιότητας κρυσταλλική δομή και να είναι χημικά σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου.
Η ασυνήθιστη φύση του γραφενίου στην ατομική κλίμακα επιτρέπει στους φυσικούς να διερευνήσουν φαινόμενα που περιγράφονται από τη σχετικιστική κβαντική φυσική (κβαντική ηλεκτροδυναμική). Η έρευνα τέτοιων φαινομένων, μερικά από τα οποία είναι από τα πιο εξωτικά που εμφανίζονται στη φύση, ήταν μέχρι τώρα αποκλειστικό προνόμιο της αστροφυσικής και της φυσικής σωματιδίων υψηλής ενέργειας και απαιτούσε τη χρήση τηλεσκοπίων αξίας εκατομμυρίων ευρώ και επιταχυντών σωματιδίων αξίας δισεκατομμυρίων. Το γραφένιο επιτρέπει στους πειραματιστές να ελέγξουν τις προβλέψεις της σχετικιστικής κβαντικής μηχανικής με επιτραπέζιες εργαστηριακές διατάξεις.
Το πάχους ενός ατόμου γραφένιο πιθανότατα θα παραμείνει στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος των επιστημόνων επί δεκαετίες. Οι μηχανικοί θα προσπαθούν να κατασκευάσουν διάφορα προϊόντα απ' αυτό και οι φυσικοί θα συνεχίσουν να διερευνούν τις εξωτικές κβαντικές του ιδιότητες. Εκείνο που είναι πραγματικά εκπληκτικό με αυτό το υλικό, είναι η συνειδητοποίηση ότι όλος αυτός ο πλούτος, ιδιοτήτων και δυνατοτήτων, βρισκόταν επί αιώνες κρυμμένος σε... κοινή θέα, σχεδόν σε κάθε μολυβιά που χάραξε κάθε ενήλικος και κάθε παιδί, από τότε που εφευρέθηκε το μολύβι ως εργαλείο γραφής.
Δύο ή περισσότερα συμπληρωματικά υλικά μπορούν συχνά να συνδυαστούν ώστε το προϊόν του συνδυασμού τους να έχει τα χαρακτηριστικά και των δύο. Οι επιστήμονες προσπαθούν να κατασκευάσουν ανθεκτικά σύνθετα υλικά, από πολυμερές και οξείδιο του γραφενίου (δομική παραλλαγή του που περιέχει και οξυγόνο). Στην εικόνα το ενδεικτικό μήκος είναι ένα μικρόμετρο (εκατομμυριοστό του μέτρου) |