Nello David Sansone z Uniwersytetu w Toronto zdobył nagrodę Mitacs Innovation Awards 2025 za stworzenie materiału zwanego Gratek. Ceremonia wręczenia nagród odbyła się 17 listopada w National Arts Centre w Ottawie, a sam wynalazek ma wkrótce trafić do pierwszego dużego producenta samochodów.
Co właściwie sprawia, że Gratek jest tak wyjątkowy? Jest o 20 proc. mocniejszy i o 18 proc. lżejszy od standardowego polipropylenu wzmocnionego włóknem szklanym, który od lat jest podstawowym materiałem w produkcji części samochodowych. Najciekawsze jest to, że osiąga te parametry zawierając mniej niż 1 proc. grafenu w swojej masie. Ta minimalna ilość wystarcza, by diametralnie poprawić właściwości całego kompozytu.
Gratek lepszy niż grafen
Grafen od lat uważano za cudowny materiał, który nigdy nie doczekał się praktycznego zastosowania na szeroką skalę. Jego niezwykłe właściwości – wytrzymałość, elastyczność, doskonałe przewodnictwo cieplne i elektryczne – pozostawały jedynie teoretycznymi zaletami. Główną przeszkodą było zbrylanie się nanokryształków grafenu podczas mieszania z innymi materiałami, co zamiast wzmacniać kompozyt, tworzyło w nim słabe punkty.
Czytaj też: Polski materiał łączy siłę diamentu z grafenem. Diafit z Gdańska zmieni świat elektroniki
Sansone znalazł sposób na rozwiązanie tego problemu. Jego technika zmusza nanokryształki grafenu do wiązania się wyłącznie z włóknami szklanymi w matrycy polipropylenowej. To proste, ale genialne podejście eliminuje problem zbrylania i pozwala grafenowi wzmacniać strukturę kompozytu od środka. Co istotne, to rozwiązanie ma dodatkową korzyść ekonomiczną – pozwala użyć mniejszej ilości włókna szklanego przy zachowaniu lub nawet poprawie właściwości mechanicznych.
Mniejsza zawartość włókna szklanego przekłada się na praktyczne oszczędności w procesie produkcyjnym. Włókno szklane działa jak materiał ścierny, który szybko zużywa narzędzia do cięcia i wiercenia. Zmniejszenie jego ilości oznacza dłuższą żywotność maszyn i niższe koszty konserwacji, co dla producentów może być równie ważne jak same właściwości materiału.
Nie wszystko jednak wygląda idealnie w tej technologii. Gratek ma dość istotne ograniczenie – jest dostępny wyłącznie w kolorze czarnym. Obecność grafenu nadaje materiałowi charakterystyczny ciemny odcień, którego nie da się zmienić. Dla wielu zastosowań w przemyśle motoryzacyjnym, szczególnie tych niewidocznych dla oka, to nie stanowi problemu, ale w przypadku elementów dekoracyjnych może być znaczącym utrudnieniem.
Na szczęście Sansone pomyślał o tym zawczasu. Opracował również Clatek – kompozyt o podobnych właściwościach, ale wykorzystujący nanorurki haloizytowe na bazie gliny zamiast grafenu. Kluczowa różnica polega na tym, że Clatek jest biały i można go barwić na dowolny kolor. Oba materiały oferują zbliżone korzyści w zakresie wytrzymałości i redukcji wagi, więc wybór między nimi będzie zależał od konkretnego zastosowania i wymagań estetycznych.
Plany komercjalizacji wyglądają realistycznie. Gratek ma zostać zakontraktowany przez głównego producenta samochodów jeszcze przed końcem 2025 r., co oznacza, że pierwsze pojazdy z częściami wykonanymi z tego materiału mogą pojawić się na drogach w ciągu najbliższych dwóch lat. Clatek będzie potrzebował nieco więcej czasu – jego komercyjna dostępność planowana jest w ciągu 2 lat.
Lżejsze pojazdy to nie tylko kwestia lepszych osiągów, ale przede wszystkim niższego zużycia paliwa lub większego zasięgu w przypadku samochodów elektrycznych. Każdy zaoszczędzony kilogram ma znaczenie, szczególnie gdy przemnożymy go przez miliony produkowanych rocznie pojazdów. Jednocześnie zwiększona wytrzymałość przekłada się na bezpieczeństwo – lepsze pochłanianie energii w razie kolizji.
Sansone nie zamierza spocząć na laurach. Pracuje już nad komercjalizacją kolejnego materiału o nazwie AegisX, który ma trafić na rynek przez jego start-up NanoMorphix. Ten kompozyt znajdzie zastosowanie w zupełnie innej dziedzinie – produkcji przezroczystych i tekstylnych pancerzy dla wojska, lotnictwa i ochrony osobistej.