Opdaget i en blyantklatter, kunne grafen være det nye supermateriale, der transformerer cykelindustrien?
I første omgang er grafen et simpelt materiale. Det er et enkelt lag kulstofatomer, der er 0,3 nanometer tykt - en million gange tyndere end papiret i dette magasin. Alligevel er den 150 gange stærkere end stål og 20 % mere elastisk. Det leder elektricitet bedre end kobber eller guld med en hastighed på en million meter i sekundet. Den afgiver hurtigt varme. Det er gennemsigtigt og fuldstændigt uigennemtrængeligt, og det burde have samme effekt i det 21. århundrede, som kulfiber gjorde i det 20. og stål i det 19. Ikke underligt, at de to materialeforskere ved Manchester University, der opdagede det i 2003, Andre Geim og Konstantin Novoselov, blev hurtigt sporet til en Nobelpris og ridderskab. Men hvad har dette med cykler at gøre?
Graphene's early adopters
De første cykelprodukter, der indeholder grafen, begynder at komme på markedet. Vittoria bruger grafen i sine seneste carbon Qurano-fælge (se s.20), og Catlike bruger det også i sin Mixino-hjelm, der er helt i top. Skræddersyet carbon-rammebygger Richard Craddock fra Craddock Cycles siger: Der er meget begejstring omkring grafen lige nu, men det er kun de første strejftogter. Som ethvert nyt materiale er dets fulde potentiale endnu ikke kendt, men det er højst sandsynligt, at den maksimale fordel ikke er som en erstatning for kulstof, men som en forbedring. Jeg ville bruge det, når det er bevist.'
Paul Wiper, forskningsassistent ved National Graphene Institute ved Manchester University, siger: Graphene kan forbedre de mekaniske egenskaber af en komposit, da den kan dele belastningen, når den tilsættes til epoxyharpiksmatrixen og gøre den stivere. Du skal dog have balancen rigtig. Meget grafen, f.eks. 10 eller 20 % af matrixen, ville gøre den virkelig stiv, men den ville også være skør.’
Hans kolleger perfektionerer i øjeblikket brugen af grafen i kompositrammer til rumfart, og den spanske bilproducent Spanien inkluderer det allerede i sit GTA-superbilchassis. Så kunne cykelstel være det næste? 'Der er overhovedet ingen grund til, hvorfor det ikke kunne bruges i cykelrammer, og jeg er sikker på, at nogen allerede arbejder på dem,' forudser Wiper. Vittoria har så stor tiltro til grafen, at det lægger sine penge, hvor munden er. "Jeg spiste tilfældigvis middag for fem år siden med grundlæggeren af Directa Plus, en af de første grafenfabrikker i Europa, og jeg kom på ideen om at bruge grafen i vores produkter," siger Vittoria-præsident Rudie Campagne. 'Så besluttede vi at investere i dem for at være på forkant.'
Vittoria hævder ved at bruge grafen i de nye Qurano-carbonhjul, at det har øget egerhulsstyrken og lateral stivhed af fælgen med op til 30 %. Men frem for alt er Campagne begejstret: 'Den forbedrede varmeafledning af grafen reducerer den akkumulerede temperatur på fælgen [under bremsning], og holder den et godt stykke under tærsklen, hvor kulfiber ville begynde at gå i opløsning.’
At tilføje grafen til kulstof er dog ikke helt så simpelt som at tilføje sukker til din kaffe. Directa Plus leverer grafen til Vittoria som 'nano-blodplader', som kun er tre til syv atomer tykke. "Den store udfordring var at opnå en næsten perfekt spredning af grafen i masterbatchen af epoxyharpiks til prepreg-carbonpladerne," siger Campagne.
Udsnit af inspiration
'Folk havde i årtier spekuleret i, at grafen eksisterede i allotroper af kulstofmaterialer såsom grafit, kul og diamant, men ingen havde vidst, hvordan man lavede det som et enkelt todimensionelt lag,' siger Wiper. I et inspireret øjeblik var Geim og Novoselov startet med en klat krystallinsk grafit – faktisk et blyantmærke – som er sammensat af flere, stablede lag af grafen, og ved hjælp af klæbende tape fjernede de noget af grafitten. Da de var nysgerrige, gjorde de det igen og igen, indtil de til sidst isolerede et enkelt lag - ren grafen. Så testede de det.
‘Norm alt når man laver materialer tyndere og tyndere, forringes deres egenskaber, siger Geim selv. 'Men med grafen fandt vi ud af, at tingene kun blev bedre.'
Laboratorier rundt om i verden fremstiller nu grafen på mange måder, med forskellige renheder, varierende prøvestørrelser og batch-mængder. For eksempel siger Catlike, at den bruger nanofibre til at bevare styrken af sine Mixino-hjelme, som nu er 10 g lettere end tidligere modeller. Andre bruger det i form af nano-bånd, og Samsung og Sony hævder at have opfundet måder at lave kontinuerlige ark på. Det, der måske er overraskende, er, at det ikke er alt for dyrt. Du kan købe et kilo nano-blodplader for under 150 £. Efterhånden som flere versioner af materialet bliver skabt, er det sikkert, at brugen af ordet 'grafen' i markedsføringsmateriale vil skabe forvirring for forbrugerne. Det vil være vanskeligt at fastslå, om et produkt, der hævder at være 'grafen-forstærket', virkelig indeholder det submikroskopiske materiale, eller om det gør noget godt. Det er et smuthul, de skruppelløse kunne udnytte.
'Et laboratorium kunne teste materialet for at se, om det fungerer som påstået, men du bliver nødt til at lave en kemisk test for at sikre, at grafen er til stede,' siger Wiper. Og da grafen findes i de fleste former for kulstof, selv kulstøv, kunne det være et helvede i Trade Description Act. Men i de rigtige hænder er dets løfte for cykelindustrien enormt. Potentielle anvendelser for grafen omfatter forebyggelse af korrosion på udsatte dele såsom fælge, kæderinge og eger, eller, hvis de er indlejret i kulstofkomponenter, kan grafen nanofibre lede elektricitet eller endda overføre data. Det ville reducere kabler til elektroniske skifte- og cykelcomputere. Alternativt kunne den danne strain gauges i carbonnav, håndsving, pedaler, kæderinge eller skosåler, hvor dens nanofibre ville reducere kompleksiteten og potentielt reducere prisen på strømmålere.
Nano-diamanter er allerede blevet belagt med grafen for at skabe super-smøremidler, som kunne eliminere næsten al friktion fra lejer, og super-lyse, grafen-forstærkede LED'er loves så snart som næste år. En grafen-superkondensator kan potentielt lagre mere energi end nogen eksisterende batterier, så derfor ville væsentligt lettere elektroniske skiftende komponenter også blive muliggjort. Desuden er forsøg med at indlejre grafenelektroder i polypropylenfibre også i gang, så der er endda et vist potentiale for fremtidig inklusion i beklædningsgenstande. Det er hypotetisk på dette stadium, men der kan være et tidspunkt, hvor din trøje og dine shorts bliver smarte og registrerer din puls, blodtryk, temperatur, svedhastighed og endda aktiviteten af individuelle muskler. Det ser virkelig ud til, at dets anvendelser og fordele har få grænser.
‘Graphene er åbenbart så nyt, at dets anvendelser kun lige er begyndt at blive undersøgt,« siger Campagne. »Det vil tage mange års grundlæggende og anvendte undersøgelser at komme med store nye forbedringer af eksisterende produkter eller nye applikationer og forbedringer. Rejsen er kun lige begyndt.’
