Thomas Edison jako pionier nanotechnologii: Wynalazca prawdopodobnie wyprodukował grafen już w 1879 roku

Thomas Edison jest znany z wynalezienia żarówki. Choć żarówka istniała już przed Edisonem, wynalazca sprawił, że źródło światła naprawdę nadawało się do masowej produkcji dzięki żarnikowi wykonanemu z włókien bawełnianych lub bambusowych. Nowe badanie sugeruje jednak, że nieświadomie stworzył on materiał, który wywoła sensację ponad sto lat później. Naukowcy z Uniwersytetu Rice pod kierownictwem Lucasa Eddy'ego i Jamesa Toura przeprowadzili eksperymenty pokazujące, że warunki panujące w żarówkach Edisona z 1879 roku były idealne do tworzenia grafenu. Chociaż zespół nie mógł nieniszcząco przeanalizować oryginalnych żarówek z tamtej epoki, eksperymenty z identycznymi replikami przyniosły jasne wyniki: żarówki wytwarzają grafen.

Grafen składa się z pojedynczej warstwy atomów węgla ułożonych w sześciokątną siatkę. Jest uważany za jeden z najsilniejszych i najbardziej przewodzących materiałów na świecie. We współczesnych badaniach jest on często wytwarzany w złożonych procesach, takich jak chemiczne osadzanie z fazy gazowej lub tak zwane "błyskawiczne ogrzewanie Joule'a" Ta ostatnia metoda, w której materiał zawierający węgiel jest szybko podgrzewany przez silny skok prądu, jest uderzająco podobna do zasady działania żarówki Edisona.

Lampy Edisona wykorzystywały żarnik ze zwęglonego bambusa lub bawełny. Kiedy prąd przepływa przez ten rezystor, nagrzewa się on do żarzenia. Obecne badania pokazują, że proces ten, jeśli zachodzi w odpowiednich warunkach, może przekształcić amorficzny węgiel żarnika w grafen turbostratyczny. W tej formie warstwy grafenu są skręcone względem siebie, co może nawet sprzyjać właściwościom elektronicznym materiału, ponieważ warstwy oddziałują ze sobą słabiej niż w uporządkowanym grafenie.

Naukowcy wykorzystali do analizy replik nowoczesne metody spektroskopowe, takie jak spektroskopia Ramana i transmisyjna mikroskopia elektronowa. Sygnatury zmierzonych próbek odpowiadały sygnaturom grafenu i znacznie różniły się od czystego grafitu. Sam Edison nie był w stanie zidentyfikować ani wyizolować tego materiału w tamtym czasie z powodu braku możliwości technicznych, chociaż zauważył czernienie szklanej żarówki jako niepokojący efekt uboczny.

Odkrycie to podkreśla wartość badań historycznych w naukach przyrodniczych. Stare eksperymenty i zapisy mogą dostarczyć zupełnie nowych spostrzeżeń w świetle nowszych odkryć i przy użyciu nowoczesnych metod pomiarowych. Praca Edisona miała przede wszystkim na celu generowanie światła, ale procesy fizyczne zachodzące w jego lampach przewidywały nowoczesną nanotechnologię, a świat nauki XIX wieku nie był w stanie tego podejrzewać.