Doktor Mariusz Zdrojek to zupełnie nowy typ badacza. Zamiast jak wielu jego kolegów produkować dziesiątki publikacji na potrzeby unijnych grantów, zajął się kontaktami świata nauki z biznesem. Dotąd polscy naukowcy nie mieli zwyczaju wychodzenia z propozycjami do przemysłu, często nie myśleli również o konkretnych zastosowaniach swoich wynalazków.

– Tymczasem za badaniami ma stać coś więcej niż publikacje, które wylądują później w szufladzie – irytuje się doktor Zdrojek, kierownik Pracowni Nanostruktur na Politechnice Warszawskiej. Jego zespół prowadzi badania nad grafenem, odmianą węgla o niezwykłych właściwościach. To właśnie dzięki grafenowi w polskich naukach ścisłych coś w końcu drgnęło. Kilka lat temu Polakom udało się wyprzedzić inne europejskie instytuty i opracować sposób jego produkcji. Teraz nasi uczeni wpadli na pomysł, jak zastosować grafen i na nim zarabiać.

Węgiel, który nie istniał

– Powiedzieli nam wprost, że musimy się skupić na detektorach pracujących w podczerwieni, bo tylko tym mamy szansę pokonać rynkowych rywali – tak doktor Jarosław Judek, członek zespołu z Politechniki Warszawskiej, zapamiętał rozmowę z przedstawicielami firmy VIGO System. Ceniony w branży zbrojeniowej producent detektorów utworzył potem z Politechniką konsorcjum, w ramach którego naukowcy mają zaprojektować detektory optoelektroniczne (czujniki reagujące na światło) wykorzystujące materiał, który do niedawna w ogóle nie istniał.

Tak w każdym razie sądzili naukowcy, przekonani, że dwuwymiarowa odmiana węgla grubości jednego atomu po prostu nie występuje w przyrodzie. Przełom nastąpił w 2004 roku, kiedy Andriejowi Gejmowi i Konstantinowi Nowosiołowowi z Uniwersytetu w Manchesterze udało się wytworzyć dwuwymiarowy grafen. Kilka lat później ci dwaj naukowcy dostali za swoje odkrycie Nagrodę Nobla.

Materiał, który uzyskali, jest lekki i elastyczny, doskonale przewodzi ciepło i elektryczność. Okazał się też niezwykle trwały: jego warstwa grubości folii bez kłopotu utrzymałaby słonia. W krótkim czasie świat ogarnęła grafenowa gorączka, mobilizując zespoły badawcze i inwestorów. Polska nauka także nie przegapiła nadarzającej się okazji. Stąd właśnie spotkanie doktora Judka z firmą VIGO System i praca nad detektorami, które mogą podbić przemysł zbrojeniowy i kosmiczny. Dzięki właściwościom supercienkiego kryształu węgla nowe detektory mają działać kilka tysięcy razy szybciej niż inne tego typu przyrządy dostępne obecnie na rynku. Posłużą do namierzania rakiet balistycznych i przesyłania informacji na duże – nawet międzykontynentalne – odległości.

Gra toczy się o dużą stawkę. Firma BCC Research szacuje, że za dwa lata rynek wyrobów z dodatkiem grafenu będzie wart 67 mln dolarów, a w 2020 roku aż 675 mln. Polacy muszą się spieszyć, jeśli chcą uszczknąć choćby kawałek tego tortu. Bardzo podobne prace z grafenem prowadzą inżynierowie z nowojorskiego laboratorium IBM. Ten amerykański koncern jest potężną instytucją badawczą finansowaną przede wszystkim przez przemysł elektroniczny.

– Mają najnowsze i bogato wyposażone laboratoria badawcze, o które my w Polsce dopiero się ubiegamy i powoli je budujemy – przyznaje dr Zdrojek, zwracając także uwagę na wielkie doświadczenie Amerykanów w dziedzinie nanoelektroniki (opartej na strukturach nanometrowych; nanometr to jedna miliardowa metra). – Dlatego jedyne, w czym możemy z nimi konkurować, to innowacyjny pomysł oraz nowe zastosowania grafenu – podkreśla Zdrojek.

Do produkcji fotodetektorów inżynierowie z Pracowni Nanostruktur Politechniki Warszawskiej i firmy VIGO System potrzebują malutkich skrawków grafenu wykorzystywanych później w specjalnych chipach. Pierwszą w Europie metodę przemysłowej produkcji tego materiału opatentował w 2011 roku zespół dr. inż. Włodzimierza Strupińskiego z warszawskiego Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych. Polega ona na osadzaniu wybranego związku węgla na specjalnym podłożu albo odparowaniu substancji zawierającej ten pierwiastek w formie grafenu.