Sciencemag.cz
Doporučujeme
Co mají společného Thomas Edison a laureáti Nobelovy ceny za fyziku z roku 2010 Konstantin Novoselov a Andre Geim? Podle nedávné studie by to mohl být grafen. Edison přitom zemřel téměř 20 let předtím, než fyzik P.R. Wallace navrhl, že taková látka by mohla existovat, a téměř 80 let předtím, než Novoselov a Geim získali Nobelovu cenu za její izolaci a charakterizaci.
Jeden typ grafenu, tzv. turbostratický grafen, lze vyrobit tak, že se na odporový materiál na bázi uhlíku přivede napětí a rychle se zahřeje na 2 000–3 000 stupňů Celsia.
V moderní terminologii se tato metoda nazývá bleskové zahřívání Jouleovým teplem (flash Joule heating). Pro Edisona v roce 1879 šlo prostě o zapnutí jedné z jeho nově patentovaných stabilních žárovek. Na rozdíl od moderních žárovek, které využívají wolframové vlákna, se v raných verzích často používala odolná vlákna na bázi uhlíku, jako je japonský bambus. Stisknutím spínače se přivedlo napětí, které rychle zahřálo vlákna a vytvořilo světlo. Nebo možná taky grafen.
„Vyvíjel jsem různé způsoby výroby grafenu ve velkém, z běžně dostupných a cenově dostupných materiálů,“ vysvětluje první autor studie Lucas Eddy (Rice University). „Zkoumal jsem vše od obloukových svářeček až po stromy zasažené bleskem.“ Ale pak dostal náhle nápad. „Snažil jsem se přijít na nejmenší a nejjednodušší zařízení, které by se dalo použít pro bleskový Jouleův ohřev, a vzpomněl jsem si, že rané žárovky často používaly právě uhlíková vlákna.“
Na rozdíl od mnoha jiných raných žárovek dosahoval Edisonův patentovaný design kritické teploty 2 000 stupňů Celsia. Edisonův patent z roku 1879 také poskytoval přesný návod, podle kterého se experiment dal zopakovat.
L. Eddy po troše hledání v New Yorku nakonec našel malý obchod s uměleckými potřebami, kde se prodávaly ručně vyráběné žárovky ve stylu Edisona. Ručně vyráběné žárovky byly (měly být) přesně stejné jako ty Edisonovy, včetně japonských bambusových vláken. Dokonce i průměr vláken byl podobný, vlákna pro další zkoumání byla pouze o 5 mikrometrů větší než ta Edisonova.
Stejně jako Edison připojil Eddy žárovku ke zdroji stejnosměrného proudu o napětí 110 voltů. Spínač zapnul pouze na 20 sekund. Delší zahřívání by mohlo vést k tvorbě grafitu namísto grafenu. Ukázalo, že uhlíkové vlákno změnilo barvu z tmavě šedé na lesklou stříbrnou.
Ramanova spektroskopie pak potvrdila to, v co Eddy doufal – části vlákna se proměnily v turbostratický grafen. Edison ve svém úsilí vyvinout prakticky využitelnou žárovku tak možná vyrobil látku, která se rychle stává klíčovou pro technologie 21. století.
Samozřejmě není možné zjistit, co se skutečně stalo při Edisonově dávném experimentu. I kdyby byla původní žárovka, kterou Edison použil, dnes k dispozici k analýze, nebylo by k ničemu: jakýkoli vyrobený grafen by se pravděpodobně během prvních hodin testování žárovky proměnil v běžný grafit.
Lucas Eddy et al, Evidence for Graphene Formation in Thomas Edison’s 1879 Carbon Filament Experiments, ACS Nano (2026). DOI: 10.1021/acsnano.5c12759
Zdroj: Rice University / Phys.org, přeloženo / zkráceno
