Το γραφένιο αποτελεί διδιάστατο φύλλο από άτομα άνθρακα με ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ τους σε εξαγωνικό πλέγμα και αποτελεί τη βάση για μονοδιάστατους σωλήνες άνθρακα καθώς, για τον τριδιάστατο κρύσταλλο του γραφίτη αλλά και για πλήθος σημαντικών εμπορικών προϊόντων όπως οι πολυκρυσταλλικές ίνες άνθρακα. Θεωρώντας το γραφένιο ως ένα μόριο που δεν έχει ατέλειες, εκτιμάται ότι έχει αντοχή και μέτρο ελαστικότητας σε εφελκυσμό υψηλότερα από οποιοδήποτε άλλο γνωστό υλικό, με τιμές 130 GPa και 1 TPa, αντίστοιχα. Το γραφένιο είναι υλικό μηδενικού ενεργειακού χάσματος και η κινητικότητα των ηλεκτρονίων σε θερμοκρασίες δωματίου μπορεί να φτάσει την τιμή 15000 cm2⋅V–1⋅s–1. Είναι διαφανές καθώς απορροφάει το 2.3% του φωτός. Αξιοσημείωτη είναι και η θερμική αγωγιμότητά η οποία σε θερμοκρασία δωματίου είναι 5300 W⋅m–1⋅K–1 για απομονωμένο γραφένιο στον αέρα. Χάρη των εξαιρετικών ιδιοτήτων του, το γραφένιο χρησιμοποιείται σε ευρύ φάσμα εφαρμογών όπως σε νανο-ηλεκτρομηχανικές και οπτο-ηλεκτρονικές διατάξεις, ως μέσω ενίσχυσης σε σύνθετα υλικά, σε χημικούς ανιχνευτές, και ανιχνευτές παραμόρφωσης και πίεσης, καθώς και σε τεχνητό δέρμα, και σε εφαρμογές σχετικές με βιολογία και τις βιο-ηλεκτρονικές διατάξεις.
Η ομάδα του Καθ. Γαλιώτη στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών καθώς και στο ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ διεξάγει βασική αλλά και εφαρμοσμένη έρευνα επικεντρωμένη στο γραφένιο και άλλα διδιάστατα υλικά. Ζητήματα που εξετάζει είναι η μηχανική απόκριση των διδιάστατων μέσω των φωνονικών μετατοπίσεων Raman σε διάφορα περιβάλλοντα και θερμοκρασίες. Καινοτόμες in situ πειραματικές τεχνικές όπως η μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM) χρησιμοποιούνται για την παρακολούθησης της συμπεριφοράς του γραφενίου και άλλων διδιάστατων υλικών .Επίσης, πραγματοποιούνται ατομιστικές προσομοιώσεις ώστε να επιβεβαιωθούν ή να διαλευκανθούν πειραματικά αποτελέσματα. Οι εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες του γραφενίου και άλλων διδιάστατων υλικών μετριόνται στα όρια της νανοκλίμακας και αξιοποιούνται ως ενισχυτικά μέσα για την ανάπτυξη καινοτόμων σύνθετων υλικών και πληθώρας εφαρμογών. Πρόσφατα η ομάδα ενεργοποιείται και στην περιοχή της προστασίας έργων τέχνης με τη χρήση γραφενίου και άλλων διδιάστατων υλικών.
Οι εγκαταστάσεις είναι εξοπλισμένες με υπερσύγχρονα όργανα για την παραγωγή γραφενίου σε μεγάλη κλίμακα μέσω τεχνικών χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD), καθώς και γραφενικών παραγώγων όπως οξείδιο του γραφενίου και ανηγμένο οξείδιο του γραφενίου. Την τελευταία δεκαετία η ομάδα έχει λάβει σημαντική χρηματοδότηση για έρευνα πάνω στο γραφένιο και άλλα διδιάστατα υλικά από εθνικές και Ευρωπαϊκές πηγές. Μεταξύ των ανταγωνιστικών χρηματοδοτήσεων που έχει προσελκύσει στην Πάτρα είναι και ένα ERC-Advanced Grant, ένα ERC-PoC Grant, προγράμματα Horizon 2020 και ένα FET Open, κ.α. Η ομάδα αποτελεί ιδρυτικό μέλος του Graphene Flagship και ηγείται ένα μεγάλο Πακέτο Εργασίας στον τομέα των σύνθετων υλικών με βάση το γραφένιο. Για περισσότερες πληροφορίες για τις δράσεις της ομάδας και τις εγκαταστάσεις της μπορείτε να επισκεφτείτε τους κεντρικούς ιστοτόπους στο nanotech.chemeng.upatras.gr και cnm.iceht.forth.gr.
Σχήμα 1. (αριστερά) Εικόνα από Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (AFM) που απεικονίζει μωσαϊκό από πτυχώσεις που έχουν προκληθεί από μηχανική παραμόρφωση του γραφενίου. Η μπάρα κλίμακας είναι 1 μm. (δεξιά) Καλλιτεχνική απεικόνιση διστρωματικού φύλλου γραφενίου.
