Politechnika Warszawska (PW) w ramach krajowych i międzynarodowych projektów od ponad 10 lat prowadzi intensywne badania nad grafenem - jego aplikacjami oraz technologiami wytwarzania (ponad 250 publikacji naukowych w prasie międzynarodowej oraz kilkanaście patentów). Jako jedyna uczelnia wyższa w Polsce jest członkiem konsorcjum programu Graphene Flagship - największej w historii Unii Europejskiej inicjatywy badawczej. Prace PW w ramach tego projektu, prowadzone m.in. w nowoczesnym Centrum Zaawansowanych Technologii (CEZAMAT), zaplanowane są co najmniej do marca 2022 r.

Uczelnia współpracuje z partnerami naukowymi i przemysłowymi ze Szwecji, Wielkiej Brytanii, Austrii oraz Chin nad dalszym rozwojem technologii grafenu epitaksjalnego na węgliku krzemu dla zastosowań m.in. w technologiach 5G. Doktoranci PW prowadzą wspólne badania w instytucjach naukowych Europy, m.in. w Cambridge oraz Madrycie.

Realizujemy wiele prestiżowych projektów krajowych prowadząc badania nad grafenem oraz nad nowymi materiałami o strukturze dwuwymiarowej: Team-Tech (FNP), Lider (NCBR), TechmatStrateg (NCBR), Sonata (NCN), Diamentowy Grant (MNiSW), Preludium (NCN).

Zdjęcie z mikroskopu elektronowego serca grafenowego czujnika światła podczerwonego - urządzenie nanoelektroniczne wykonane na Wydziale Fizyki PW. Autor: dr inż. J. Judek

W Politechnice Warszawskiej zostało powołane Laboratorium Grafenowe (Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej) dedykowane wytwarzaniu nanomateriałów węglowych, ich charakteryzacji i poszukiwania nowych zastosowań, np. hybrydowe materiały fluoroscencyjne i absorbery promieniowania podczerwonego czy nawet tak egzotyczne rozwiązanie jak opracowanie nowych żelkotów poliestrowych do wykorzystania w budowie jachtu nowej generacji Delphia Nano Solution. Jesteśmy również inicjatorem spółek spin-off, które pracują nad transferem technologii i aplikacji grafenowych do przemysłu oraz wdrożeniem do produkcji. Ponadto, wiele przedsiębiorstw współpracuje z PW w zakresie badań aplikacyjnych w ramach wspólnych projektów i umów bilateralnych.

Prowadzone w Politechnice Warszawskiej prace nad grafenem obejmują dwa typy tego materiału - grafen płatkowy oraz grafen epitaksjalny (foliowy). - Uczelnia ma kilka linii technologicznych produkujących grafen płatkowy zarówno metodami chemicznymi na drodze utleniania i redukcji tlenku grafenu, jak i metodą tzw. bezpośredniej eksfoliacji w fazie płynnej. W zeszłym roku uruchomiono nową metodę produkcji płatków grafenów, tanią, ekologiczną i łatwo skalowalną dla przemysłu. Obecnie PW jest w trakcie procesu patentowania tej nowej technologii - mówi prof. Mariusz Zdrojek, szef grafenowej grupy badawczej na Wydziale Fizyki PW.

Uczelnia uruchomiła także technologię produkcji grafenu epitaksjalnego (na folii miedzianej) na potrzeby prowadzonych własnych badań aplikacyjnych. W Politechnice Warszawskiej została również opracowana technologia i uruchomiona produkcja zupełnie nowych materiałów dwuwymiarowych z rodziny grafenu - MXenes (Wydział Inżynierii Materiałowej). Opracowano również syntezę nowego dwuwymiarowego materiału - dwusiarczek molibdenu (MoS₂) - metodą epitaksji.

Do ciekawszych aplikacji grafenowych opracowanych w PW oraz we współpracy z przemysłem polskim należą:

• Ultraszybki fotodetektor podczerwieni nowej generacji zrealizowany w 2015 roku w ramach projektu Graf-Tech. W urządzeniu tym grafen pełni kluczową rolę elementu aktywnego. Urządzenie jest w fazie przedwdrożeniowej (Wydział Fizyki);
• Elektroniczne nanourządzenia do zastosowania w elektronice dużych częstotliwości (do szybkich detektorów, sensorów, diód) - wynik projektu Lider. Aktualnie w trakcie przygotowania zgłoszenia patentowego (Wydział Fizyki);
• Nowe nanokompozyty do ochrony przed promieniowaniem elektromagnetycznym do zastosowań w cyberbezpieczeństwie, przemyśle elektronicznym, lotniczym i w technologii 5G. Rozwiązanie zgłoszono do europejskiego urzędu patentowego (Wydział Fizyki);
• Termoprzewodzące pasty grafenowe do zastosowania w elektronice jako nowoczesne materiały do odprowadzenia ciepła. Przewodzące tusze i pasty grafenowe dostosowane do technologii druku na różnych powierzchniach (np. ubraniach czy banknotach) - działające jako transparentne elektrody. Technologia opatentowana (Wydział Mechatroniki);
• Technologie membran do mobilnych stacji oczyszczania wody pitnej, w których zastosowanie grafenu poprawiało ich selektywność (Wydział Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Chemicznej i Procesowej);
• Grafen jako warstwa antykorozyjna - wynik projektu GrafTech wspólnie z parterem badawczym (Wydział Fizyki);
• i inne tj. elastyczne wyświetlacze, czujniki ciśnienia, czujniki glukozy, biosensory aminokwasów.

Naukowcy z Politechniki Warszawskiej już od kilku lat pracują również nad zastosowaniem innych materiałów 2D. Rezultatem tej działalności są nowe pomysły wykorzystania tych materiałów do produkcji kompozytów dla sektora lotniczego i kosmicznego, jako innowacyjna platforma dostarczania leków, nowe nanourządzenia optoelektroniczne oraz urządzenia dla elektroniki terahertzowej.

Politechnika Warszawska ma odpowiedni know-how, materiały, infrastrukturę oraz najlepszych w kraju specjalistów, dzięki czemu utrzymuje wysoką pozycję w pracach nad rozwojem technologii i aplikacji innych materiałów dwuwymiarowych, uznanych za strategiczne dla nowoczesnych gałęzi przemysłu.

Powiązane materiały:

Politechnika Warszawska w europejskim flagowym projekcie grafenowym
Dr hab. inż. Mariusz Zdrojek, prof. PW o rozwiązaniach wykorzystujących grafen