Grafen – saznajte sve o materijalu za izradu automobila budućnosti

Očekuje se da komponente izrađene od kompozitnih materijala, masovnije uđu u primenu u procesu proizvodnje automobila, za nekih sedam do osam godina. Njihova upotreba će dovesti do toga da četvorotočkaši postanu značajno lakši i, sledstveno tome drastično energetski efikasniji.

Pretpostavke i predviđanja ovog tipa, javnosti je predstavio Univerzitet u Sanderlendu koji predvodi konzorcijum za promociju revolucionarnog materijala. U toku je pilot projekat u proizvodnim pogonima smeštenim u Japanu.

Naučnici sa univerziteta već neko vreme rade se grafenom, koji, kada se doda specifičnim putem, plastici ojačanoj ugljeničnim vlaknima (CFPR), dovodi do toga da branici izrađeni od tog materijala budu u stanju da absorbuju bez posledica, udarce koji su za 40% snažniji od onih pri kojima se današnji odbojnici sačinjeni od aktuelnih materijala deformišu.  Ovo bi moglo da dovede do toga da automobili budućnosti postanu značajno lakši i bezbedniji.

Veliki broj organizatcija je, tokom prethodnog perioda, već prepoznao potencijal grafena. Goodyear je već obznanio činjenicu o korišćenju ovog materijala koji je upotrebljen za proizvodnju sićušnih senzora u gazećem sloju svoje Eagle 360 sferične konceptne gume, prikazane javnosti u 2016. godini. Centar za promociju naprednih tehnologija iz Vorvika (Advanced Propulsion Centre) je nedavno organizovao seminar na kojem su se okupili eksperti, zarad diskusije o potencijalu grafena, koji je prvi put izolovan na Univerzitetu u Mančesteru, 2004. godine.

Bilo kako bilo, sanderlendski univerzitet tvrdi da je prva organizacija koja je fizički testirala tehnologiju, umesto samo teoretskih rasprava, i da je u procesu svog angažovanja otišao toliko daleko da je u stanju da podnese zahtev za zaštitu intelektualne svojine – patenta, u pogledu pojedinih delova procesa.

Grafen se proizvodi dezintegracijom ugljenika (grafita), što je potpuno isti materijal kao onaj koji se koristi u (grafitnim) olovkama, kako bi se stvorio jednoatomski materijal, odnosno million puta tanji od vlakna ljudske kose. Onda kada se pretvori u prah, male količine mogu da se impegniraju, uz upotrebu specijalne smole, u plastiku ojačanu ugljeničnim vlaknima, dok je još uvek u tečnom stanju.

Identična tehnika može da se primeni u kombinaciji sa termoplastičnim materijalima, koji su podložni oblikovanju dok su vreli, a koji se stvrdnu, onda kada se ohlade. U tom slučaju, grafen se meša sa plastikom, onda kada se plastika istopi na visokoj temperaturi.

Kada se koristi u bilo kojoj zoni branika koji služi za amortizovanje udarca, plastika ojačana ugljeničnim vlaknima apsorbuje energiju udarca, tokom samog dodira. Dodatak grafena, odgovarajućeg kvaliteta poboljšava karakteristike, na taj način stvorenog materijala, i dodaje mu još neke pozitivne osobine, koje ranije nije posedovao.

“Specifična kombinacija materijala obezbeđuje određenu čvrstinu koja je u stanju da apsorbuje udarce, ponašajući se na način koji se može okarakterisati kao, nešto između plastike ojačane ugljeničnim vlaknima i metala,” navodi Ahmed Elmarakbi, profesor za kompozitne materijale u automobilskoj industriji Univerziteta u Sanderlendu. Celokupan proces se može sprovesti i korišćenjem stakla ojačanog ugljeničnim vlaknima, a ne samo, tako tretirane plastike.

Univerzitet je kreirao finalni dizajn branika sa dve komponente. Spoljni sloj je napravljeno od CFPR ojačanog dodatno epoksi smolom i mešavinom grafena. Noseća rebra koja daju dodatnu čvrstinu izrađena su od stakla ojačanog ugljeničnim vlaknima, pa dodatno ojačanim termoplastikom i mešavinom grafena.

“Šta god koristili sada, možemo da ga koristimo u znatno manjoj količini,” navodi Elmarakbi. “Tamo gde je previše slojeva laminata, možemo da dobijemo bolje performanse, upotrebom grafena. Ukoliko nam nije cilj da unapredimo performanse, možemo jednostavno da upotrebimo manji broj slojeva”.

“Što se tiče smanjenja mase, ovo bi moglo da dovede do toga da učešće materijala CFPR, bude znatno manje, vodeći tako ka nižoj ceni koštanja.”

Ipak, i dalje su prisutni izazovi na putu do pune komercijalizacije grafena, odnosno upotrebe u serijskoj proizvodnji. Ravnomerno mešanje praha grafena sa polimerima je veoma bitno jer grafenska klešta mogu da oslabe stavku, pa smo podneli zahtev za zaštitu patenta i na temu ovog postupka. Korišćenje prevelike količine grafena, moglo bi da previše ojača strukturu komponente, čime bi došlo, pre do prenosa energije udarca, umesto do apsorbovanja iste. Ako pak upotrebimo manju količinu grafena od optimalne, dobićemo isuviše slabu strukturu.

Kada naposletku materijal bude usavršen, mogao bi da bude korišćen za razne namene. “Mogao bi da zameni brojne druge delove na vozilu,” nastavlja Elmarakbi. “Strukturne komponente, vrata, šasiju — bilo koji deo strukture koji je napravljen od aluminijuma, praktično bi mogao da bude zamenjen.”

Jedna od ideja za primenu grafena, ide i u smeru upotrebe u proizvodnji lakih baterijskih jedinica. “Mogli bismo da proizvedemo bateriju koja bi bila veličine, na nivou od 50% onih iz aktuelne generacije. Naravno, nudeći pritom identičan kapacitet,” dodaje Elmarakbi. Baterija gustog energetskog naboja, male mase, bila bi znatno jeftinija za proizvodnju. Po nekim procenama, pojedine komponente bi koštale samo 10% od današnje tržišne cene.

Ostale strane u konzorcijumu koji vodi Univerzitet iz Sanderlenda, uključuju pet evropskih partnera, a podršku projektu je pružio i Istraživački centar Fiata (Centro Ricerche Fiat).

Priredio: Zvezdan Božinović

(1004)