Znajdź zawartość

Grafen w powłokach kwarcowych Grafen w powłokach w ostatnim czasie stał się bardzo popularnym tematem i z tego powodu chciałbym w tym krótkim tekście pokrótce omówić to zagadnienie. Wyjaśniając tę kwestię będę powoływał się na własne doświadczenia z używania grafenu, nanorurek węglowych i fulerenów węglowych wykorzystywanych przeze mnie w produkcji wosków samochodowych, na wywiad z Chrisem Gallaharem, szefem jednego z laboratoriów w Stanach rozwijających technologie grafenowe w powłokach samochodowych oraz rozmowy z trzema producentami i badaczami grafenu oraz tlenku grafenu w Polsce. Grafen dodany do powłoki ceramicznej w założeniu ma wzmocnić jego mechaniczną wytrzymałość/twardość, podnosić kąt zwilżania/kropelkowanie oraz zwiększać odporność chemiczną w tym na tworzenie się water spotów. I to się w zasadzie udaje z małym kosztem w postaci pogorszenia śliskości. Jednakże ze względu na różnice w użytych materiały trudno uzyskać jednoznaczną odpowiedź czy tak naprawdę dodanie grafenu może zdziałać. Chodzi o to, że dostępny dla producentów grafen, a właściwie tlenek grafenu, może występować w jednej lub nawet kilkunastu warstwach. W tym drugim wypadku bardziej przypomina już tlenek grafitu, co z grafenem ma niewiele wspólnego. Warto też zaznaczyć, że stworzenie jednolitej warstwy grafenu na samochodzie nie jest możliwe. Dość powiedzieć, że laboratoria w bardzo wymagającym środowisku z trudem uzyskują pojedynczą warstwę grafenu większą niż 10 x 10 cm. W dodatku jest ona tak wrażliwa mechanicznie – w przeciwieństwie do szumnych parametrów teoretycznych - że trudno jest ją przenieść z podłoża, na którym została utworzona. Co w takim razie może dawać zawartość tlenku grafenu w powłoce ceramicznej? Mówiąc obrazowo na powierzchni powłoki pojawiają się elementy, których właściwości są zupełnie inne niż tlenku krzemu. Ten ostatni ze względu na łączenie się z rozpuszczonymi minerałami generuje olbrzymi problem water spotów i owadów. Gdy pomiędzy cząstki kwarcu włączymy tlenek grafenu ta niekorzystna właściwość zostaje zredukowana. Najzwyczajniej rozpuszczone w wodzie minerały nie są w stanie „przykleić” się do grafenu. Poza tym film drogowy czy niektóre substancje wchodzące w skład środków czyszczących, również mogą łączyć się do powierzchnią powłoki nieco słabiej lub wcale, gdy na jej powierzchni jest jakaś część z grafenu. Praktyczna obserwacja w wypadku zwykłych powłok, w skrajnie niekorzystnych warunkach wygląda zazwyczaj tak - powłoka przestała działać/zniknęła po miesiącu. W skali mikroskopowej nie zniknęła tylko pokryła się zanieczyszczeniami drogowymi albo środkami znajdujące się w środku myjącym, które w skrajnym wypadku weszły w reakcję z powłoką. To nasuwa wniosek, że trzeba być wyjątkowo ostrożnym w ocenie powłok ceramicznych zwłaszcza ich obecności na lakierze, ponieważ są wrażliwe na to co znajduje się w środowisku i co znajduje się w środkach chemicznych używanych w danym studiu. Użycie grafenu wyraźnie, korzystnie wpływa na te zjawiska – water spotów jest mniej, a film olejowy łatwiej usunąć. Jednakże dosypanie wątpliwej jakości grafenu do powłoki nie załatwia sprawy. Do tego dochodzi jeszcze efekt wizualno-marketingowy. Otóż grafen jednowarstwowy jest przeźroczysty i w ilościach potrzebnych do stworzenia powłoki nie byłby widoczny. Dlatego w dodawanych surowcach pozostawia się frakcje węgla, które barwią substancje przynajmniej na brązowo (naturalny kolor tlenku grafenu), tak aby klient końcowy widział, że coś tam ekstra w środku jest. Dodatkowo użycie zbyt dużych frakcji w zasadzie już grafitu, osłabia strukturę powłok, w tym woskowych i powoduje, że są mniej śliskie a nawet stają się matowe. Z powyższego wynika, że wybór powłoki grafenowej nie jest prosty. Dostawców produktów przebadanych laboratoryjnie jest niewielu a ustalenie rzeczywistego źródła ich pochodzenia bardzo trudne. Jest to zjawisko typowe dla każdej nowej technologii, która wchodzi na rynek. Pewną pomocą są jak zawsze testy porównawcze pasjonatów. Alternatywą dla poprawiania powłok ceramicznych stały się elastomery. W zasadzie żaden z wyżej wymienionych problemów w ich przypadku nie występuje. Powłoki są oleofobowe, w ogóle nie wiążą się z minerałami rozpuszczonymi w wodzie, a odporność na skrajne pH jest bardzo wysoka, przez co ich parametry użytkowe są na dużo wyższym poziomie, wynika to z ich zupełnie innego składu. Dodatkową korzyścią w niektórych elastomerach jest samo-naprawialność – nie mylić z samo-poziomowaniem. Podsumowując można powiedzieć, że dodanie grafenu do ceramiki nieco redukuje problemy typowe dla tego zabezpieczenia i stanowi pewien rozwój powłok kwarcowych, jednakże jest ciągle dalekie od parametrów, które osiągają elastomery.