2013. október: jegyzet, portré, startup, tudomány, nanotechnológia, paragrafus, innováció, it, zöldkörnyezet, vízgazdálkodás, megújuló energia
2013. október 2.

Szerző:
Bogdán Zoltán

Grafén, a világrengető?

Az „anyagtudomány” szó csak keveseknek gyújtja fel a képzeletét, pedig az atomokkal szoros barátságot ápoló kutatók nélkül nem létezne a multiprocesszoros, érintőképernyős 21. század, és nem reménykedhetnénk, hogy gazdasági-egészségügyi problémáink belátható időn belül megoldódhatnak. A természettudományok határterületein tevékenykedő, azokat mintegy összeolvasztó multidiszciplináris tudomány globális és hazai helyzetéről, az új „csodaanyagokról” dr. Gyulai József Széchenyi-díjas akadémikussal, az MTA TTK nemzetközi hírű kutatóprofesszorával – egyben a Magyar Anyagtudományi Egyesület elnökével – beszélgettünk.


 

IX. Országos Anyagtudományi Konferencia apropóján
Az első anyagtudományi és anyaginformatikai konferenciát 1997-ben rendezték meg Dunaújvárosban, ahol jobbára a kohászati, acélipari témák kerültek terítékre. A komoly szakmai siker eredményeképpen ettől kezdve kétévenként követték egymást a rendezvények. A Magyar Anyagtudományi Egyesület 2000. évi megalakulásával nemcsak a konferencia neve („anyagtudo­mányi, -vizsgálati és -informatikai”), de a tartalma is fokozatosan megváltozott: a fémek és ötvözetek mellett egyre hangsúlyosabb helyet kaptak a félvezetők, a kerámiák, a szilikátok, polimerek és kompozitok. 2009 óta már csak az anyagtudomány maradt a címben, az előadásokban viszont egyre nagyobb hangsúlyt kapott a két „sztártéma”: a nanotechnika és a grafén. Az idei konferenciát október 13–15. között rendezik.

Utoljára talán kisgyerekkoromban a „tranzisztor” szót hallottam olyan áhítattal kiejteni, mint amilyennel mostanában a „grafént”: ez lesz az a termék, amely alapjaiban rengeti meg a világot. A szilícium alapú fél­vezetők, tranzisztorok, számítógépek valóban megváltoztatták az életünket. Így lesz ez az őket leváltó szén alapú grafénnal is?
– A kérdésben rejlő állítást én igencsak elhamarkodottnak érzem: mai tudásunk szerint senki sem állíthatja teljes meggyőződéssel, hogy a grafén belátható időn belül felváltja a szilíciumot a félvezetőgyártásban. Én is olvastam már olyan újságcikkeket, ahol kifejtik, hogy a Moore-törvény csak 2025-ig vagy 2030-ig érvényes, onnantól kezdve pedig a grafén helyettesíti majd a hagyományos tranzisztorokat, ám ennek a tudományos életben egyelőre semmiféle nyomát nem lehet találni. A grafén persze önmagában véve egy fantasztikus anyag – nem véletlenül kaptak a felfedezői hat éven belül Nobel-díjat –, de véleményem szerint nem a mikroelektronika lesz az, ahol rövid időn belül áttörést hozhat. Ezt természetesen tekinthetjük az én ötvenéves „szilíciumos múltra” épülő, kissé szkeptikus magánvéleményemnek is, sok hazai és külföldi kolléga nálam kétségkívül biztatóbbnak látja a mikroelektronikai grafénjövőt.

Grafén, a szén
A grafén nem egy ismeretlen új anyag, hiszen tulajdonképpen egy egyetlen atom vastagságú grafitrétegről van szó. Ami viszont újdonság: ennek a kétdimenziós anyagnak egészen fantasztikus tulajdonságai vannak. Átlátszó, kemény, rugalmas, hihetetlen hő- és elektromos vezető, ennek következtében számos tudományág forradalmi változást vár tőle. 2004-ben állította elő két, orosz származású, Manchesterben dolgozó kutató (Andrej Geim és Konsztantyin Novoszelov), akik 2010-ben fizikai Nobel-díjat kaptak érte.

Tehát nem állja meg a helyét az a kitétel, hogy a grafén maga az „egyet­len atom vastagságú elektronika”, jobban vezeti az elektromosságot, mint a réz, eközben rugalmas, és egyben keményebb a gyémántnál?
– Ez mind igaz, sőt ezeket a tulajdonságokat kiegészíthetjük olyanokkal, mint hogy abszolút átlátszó és hajlékony. Éppen ezért az első, nagyközönség számára is megvásárolható „graféntermék” minden bizonnyal egy hajlékony mobiltelefon-kijelző vagy ultravékony televízió-képernyő lesz a nem is olyan távoli jövőben. Dél-Koreában laboratóriumi körülmények között állítólag már méteres darabokat gyártanak, nincs kétségem, hogy hamarosan meg fogják oldani a tömeggyártást is.

Hajlékony kijelző

Ezzel szemben a graféntranzisztorok…
– Ezzel szemben graféntranzisztorok még csak kísérletekben léteznek. Innen a termékig az évtizedes lépték a megszokott. A világ sok ezer laboratóriumában kutatják a grafén tulajdonságait, illetve hogy ezt az anyagot az ipar számára is használhatóvá tegyék. Egy év alatt közel tízezer szabadalmat jelentettek be ebben a témában, de működő tranzisztort még csak laboratóriumi példányokon sikerült létrehozni. Ezek azonban még jóval nagyobb felületet igényelnek, mint egy mai szilíciumtranzisztor, a háromdimenziós kialakításhoz pedig még elégtelen a tudásunk. A kutató kollégák persze majd ezt is áthidalják, de szerintem nem évek, inkább évtizedek kellenek ahhoz, hogy a majdani graféntranzisztorral működő integrált áramkör teljesítményben – és árban! – leváltsa szilícium alapú társát. Ma már egyébként a szilícium alapú tranzisztorok is csak pár száz nanométeresek – tehát kisebbek egy vírusnál –, és több tízmilliárd fér el belőlük egy chip felszínén.

30 nanométeres, programozható graféntranzisztor

Majd a magyar kutatók megoldják… Úgy tudom, gra­fénkutatásban a legjobbak közé tartozunk a világon.
– A legendás magyar kreativitás ezen a téren is hozott néhány olyan alapkutatási eredményt, amelyre felkapta a fejét a tudományos világ. Az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetében dolgozó kollégáimnak sikerült először a világon 2,5 nanométer széles grafénszalagot előállítaniuk, illetve a grafén szerkezeti hullámzását 0,7 nanométer pontossággal szabályozni, ami három nagyságrenddel volt jobb, mint az addigi csúcsteljesítmény. Ám bármennyire is büszkék vagyunk ezekre az eredményekre, azért ne legyenek illúzióink: az Intel, a Microsoft vagy a Samsung laborjaiban ezrek és ezrek dolgoznak azon, hogyan lehetne ezeket az alapkutatásokat a gyakorlatba átültetni. És ha fölfedeznek valami korszakalkotót, azt majd csak fél vagy egy év múlva tudjuk meg a tudományos folyóiratokból, amikor már világszerte levédték, sőt talán már gyártásba is állították.

A hazai anyagtudományra is igaz tehát az a megál­lapítás, hogy az alapkutatásban még csak-csak tudjuk tartani a lépést az élvonallal, de az innovációs lánc to­váb­bi ré­szeinél egyre nagyobb a lemaradásunk?
– Sajnos, nagy vonalakban ez a helyzet, amin olyan nagyon nem is szabad csodálkozni. Köztudott ugyanis, hogy 10-15 jelentős alapkutatási eredményből csak egy jut el a termék státuszig, és ha az alapkutatásra egy egység pénz szükséges, az alkalmazott kutatásra tíz, a gyártásra pedig száz. Nálunk sokszor még ebből az egyből is hiányzik valamennyi, nem jut elég pénz sem világszínvonalú eszközökre, sem világszínvonalú kollégák munkakörülményeinek a kialakítására. Az olvasók azonban aligha az én dohogásaimra kíváncsiak, nézzük inkább az izgalmas eredményeket, mert azért azok is vannak bőven.

Például a nanotechnológiában.
– A nanotechnológia nagyon felkapott kifejezés lett az elmúlt évtizedben: ha kell, ha nem, minden anyagkutatás elé odateszik a „nano” szócskát, mert így sokkal tudományosabban hangzik, és könnyebben lehet rá pénzt kapni. De az „igazi” kutatások is hihetetlenül sok eredményt hoztak szerte a világon a 100 nano­méternél kisebb – jellemzően ma már a 10–30 nanométer közötti – tartományban. A gépkocsigyártásban egyes motor­alkatrészek már nanokerámiákból készülnek, nano szénszálakkal erősített fémhabokat hoznak létre, amelyek könnyűek, de igen erősek. Használnak már karc- és időtálló nanofestékeket is, ezek egy része nanoméretű titánszemcsékkel dúsított öntisztító termék, lepereg róla a szennyeződés. Nanocsövekkel átszőtt, kompozit kerámiaanyagokból készülnek repülőgép-hajtóművek, amelyek ráadásul láthatatlanok is a radarkészülékek számára. Ha az orvosi hatóanyagot mágneses nanorészecskéhez rögzítjük, kevesebb kell belőle, és célzottan lehet őket a „tetthelyre” vezényelni. A biológiai kutatásokban hamarosan működni fognak a pár atomból álló „nanomotorok”, amelyek titokzatos módon átjutnak a sejtfalon. Vas nanorészecskék szüntetik meg a talajszennyezést, létrehozták a „szuperkondenzátort”, és még sorolhatnám hosszasan.

Fémhab

A magyar kutatók milyen területeken és milyen szinten tudnak mindehhez kapcsolódni?
– A hazai egyetemeken, főiskolákon, akadémiai kutatóinté­zetekben számos nagyszerű team alakult, amelyek igen komoly eredményeket tudnak felmutatni a nanokutatások terén, ide értve a különböző kerámiákat, polimereket, kompozitokat, ötvö­zeteket és az én szűkebb területemet, a félvezetőket, az érzékelőket. Nem kezdek konkrét felsorolásba, mert valakiket biztosan kihagynék, de az orvosi célú kerámiák, bioelektródák, a szén nanocsövek, a fémhabok és űrhabok, a cellulóz struktúrák, a fotonikus nanoarchitektúrák, a speciális érzékelők és szenzorok területén vannak nemzetközi szintű alapkutatási, esetenként termékké is vált alkalmazott kutatási eredményeink. Akadnak sikereink olyan „hagyományos” anyagtudományi területeken is, ahol a nanotechnika még kevés vagy semmilyen szerepet nem játszik. Egyébként éppen e sokszínűség felmutatása az egyik legfőbb célja a kétévenként megrendezett anyagtudományi kongresszusunknak is.

Apropó sokszínűség: a szakemberek egyáltalán értik még egymás kutatásait?
– Teljes mélységében természetesen nem, de éppen a multidiszciplináris anyagtudományban érdemes megfigyelni, hogy a fejlett számítógépes háttérrel támogatott atomi, szubatomi kutatások terén mennyire közel kerültek egymáshoz a különböző szakmák. A kémikusok és a fizikusok között gyakorlatilag már nincs különbség, és a 21. századi biológusok is közelebb érzik magukat a „fizikakémikusokhoz”, mint a hagyományos biológusokhoz, az orvosok pedig szinte mérnöki munkát végeznek az emberi szervezetben. Tehát nem járunk messze az igazságtól, ha kijelentjük: a 21. századi természettudományokat egységes egészként kell kezelnünk.

Remélhetőleg az eredményeik is összeadódnak…
– Végezetül engedjenek meg egy „filantróp” megjegyzést egy nyolcvanéves embertől! Nagyon szeretném, ha ezeknek a szakmáknak a célja is közös lenne: a Föld 7-10 milliárd lakosának a boldogulása, emberhez és a Földanyához méltó élete. Hogy hosszú távon legyen minden teremtménynek elfogadható élettere, környezete. Ennek titka az emberiség belátó kezében van: a „recycling economy” néven lassan teret nyerő, azaz a teljes termék-hulladék reciklizációra törekvő és egyben energiatakarékos gazdaság megvalósítása.•

 
Archívum
 2011  2012  2013  2014  2015  2016  2017  2018

Innotéka