Графен и его! Застосування. Відкриття графена. Нанотехнології в сучасности мире
Порівняно недавно в науке и техніці з`явилася нова область, якові назвали нанотехнологией. Перспективи даної дисципліни не просто Великі. Смороду грандіозні. Частки, что іменується «нано», представляет собою величину, что дорівнює одній мільярдної Частки від будь-которого значення. Подібні розміри можна порівняті только з розмірамі атомів и молекул. Например, нанометром назівають одну мільярдну частко метра.
Основний напрямок новой Галузі науки
Нанотехнологіямі назівають ті, Які маніпулюють Речовини на Рівні молекул и атомів. У зв`язку з ЦІМ Дану галузь науки назівають ще и молекулярної технологією. Що ж стало Поштовх до ее розвитку? Нанотехнології в сучасности мире з`явилися Завдяк лекції Річарда Фейнмана. У ній вчений довів, что НЕ існує ніякіх перешкоду для создания промов безпосередно з атомів.
Засіб для ефективного маніпулювання дрібнімі частко назвали ассемблером. Це молекулярна наномашин, с помощью якої можна вібудуваті будь-яку структуру. Например, природним ассемблером можна назваті рибосому, что сінтезує білок в живих організмах.
Нанотехнології в сучасности мире є не просто окремий галуззя знань. Смороду являються собою велику сферу ДОСЛІДЖЕНЬ, безпосередно пов`язану з багатьма фундаментальними науками. У їх чіслі знаходяться фізика, хімія и біологія. На мнение вчених, самє ЦІ науки отрімають найбільш потужній Поштовх до розвитку на тлі прійдешньої нанотехнических революції.
галузь! застосування
Перерахуваті всі Сфера діяльності людини, де на сьогоднішній день Використовують нанотехнології, Неможливо через й достатньо значного Переліку. Так, за помощью даної Галузі науки віробляються:
- Пристрої, прізначені для надщільного запису будь-інформації-
- різна відеотехніка-
- сенсори, Сонячні елементи, напівпровіднікові транзісторі-
- інформаційні, обчислювальні й інформаційні технології-
- наноімпрінтінг и нанолітографія-
- Пристрої, прізначені для зберігання ЕНЕРГІЇ, и паливні елементі-
- Оборонні, космічні та авіаційні Програмі-
- біоінструментарій.
На таку наукову область, як нанотехнології, в России, США, Японии та ряді європейськіх держав з шкірних роком віділяється все более фінансування. Це пов`язано з великими перспективами розвитку даної СФЕРИ ДОСЛІДЖЕНЬ.
Нанотехнології в России розвіваються відповідно до цільової Федеральної Програмі, яка предполагает НЕ только Великі фінансові витрати, но и проведення великого ОБСЯГИ конструкторських и науково-дослідних робіт. Для реализации поставлених завдання відбувається об`єднання зусіль різніх науково-технологічних комплексів на Рівні національніх и транснаціональніх корпорацій.
новий матеріал
Нанотехнології дозволили вчений віготовіті вуглецеву пластину більш тверду, чем алмаз, товщина якої складає Всього один атом. Складається вона з графена. Це найтоншій и Міцний матеріал у всьому Всесвіті, Який пропускає електрик набагато краще кремнію комп`ютерних чіпів.
Відкриття графена вважається справжнім революційнім подією, Пожалуйста дозволити много чего Изменить в нашому жітті. Цей матеріал володіє настолько унікальнімі фізічнімі властівостямі, что докорінно змінює уявлення людини про природу речей и Речовини.
Історія Відкриття
Графен представляет собою двомірній кристал. Его структура є гексагональної гратами, что складається з атомів вуглецю. Теоретичні дослідження графену Почаїв Задовго до Отримання его реальних зразків, так як Сейчас материал є базою для побудова трівімірного кристала графіту.
Ще в 1947 р П. Воллес вказано на деякі Властивості графена, довівші, что его структура аналогічна Метален, и деякі характеристики подібні до тих, Якими володіють ультрарелятівістськіх Частки, нейтрино и безмасові фотони. Однако у нового матеріалу є и певні суттєві Відмінності, Які роблять его унікальнім за своєю природою. Альо підтвердження ціх вісновків Було ОТРИМАНО только в 2004 году, коли Константином Новосьолова и Андрієм Гейм Вперше БУВ отриманий Вуглець у вільному стані. Це нова Речовини, Пожалуйста назвали графеном, и стало великим відкріттям вчених. Найти цею елемент можна в Олівці. Его графітовій Стрижень складається з безлічі шарів графену. Яким чином олівець залішає слід на папері? Справа в тому, что, незважаючі на міцність складових Стрижень шарів, между ними існують й достатньо слабкі зв`язки. Смороду очень легко розпадаються при зіткненні з папером, залішаючі слід при лісті.
Використання нового матеріалу
На мнение вчених, сенсори, створені на Основі графену, зможуть аналізуваті міцність и стан літака, а такоже передбачаті Землетруси. Альо только тоді, коли матеріал з такими пріголомшлівімі властівостямі покину стіні лабораторій, стані зрозуміло, в якому напрямку піде розвиток практичного! Застосування даної Речовини. на сьогоднішній день Хіміки, фізики, а такоже Інженери-електронники Вже зацікавіліся унікальнімі можливий графена. Аджея Всього декількома грамами цієї Речовини можна покриттям теріторію, рівну футбольному полю.
Графен и его! Застосування потенційно розглядаються у ВИРОБНИЦТВІ легких супутніків и літаків. У Цій сфере новий матеріал здатно замініті вуглецеві волокна в композиційних Матеріалах. Наноречовінамі может буті Використано вместо кремнію в транзисторах, а его Впровадження в пластмасу додасть їй електропровідність.
Графен и его! Застосування розглядаються и в харчуванні виготовлення датчіків. ЦІ Пристрої, віконані на основе новітнього матеріалу, будут здатні віявляті найнебезпечніші молекули. А вісь использование пудри з наноречовіні при ВИРОБНИЦТВІ електричних акумуляторів в рази збільшіть їх ефективність.
Графен и его! Застосування розглядаються в оптоелектроніці. З нового матеріалу Вийди очень легкий и Міцний пластик, контейнери з которого дозволяти течение декількох тіжнів зберігаті продукти в свіжому стані.
Використання графена передбачається и для виготовлення Прозоров токопроводящего покриття, необхідного для моніторів, Сонячна батарей и міцнішіх и стійкіх до механічніх вплівів вітряніх двигунів.
На Основі наноматериал війдуть найкращі спортивні споряди, медичні імплантаті и суперконденсатори.
Такоже графен и его! Застосування є актуальними для:
- вісокочастотніх надпотужніх Електрон прістроїв-
- штучних мембран, Які поділяють две Рідини в резервуаре-
- Поліпшення якості провідності різніх матеріалів-
- создания дисплея на органічніх светодіодах-
- Освоєння новой техніки прискореного секвенування ДНК
- Поліпшення рідкокристалічних дісплеев-
- создания балістічніх транзісторів.
Використання в автомобілебудуванні
Согласно з данімі дослідніків, Питома енергоємність графена наближається до 65 кВт * год / кг. Даній Показник в 47 разів перевіщує тієї, Який ма ють Такі пошірені ніні літій-іонні акумулятори. Цей факт Вчені вікорістовувалі для создания зарядних прістроїв нового поколения.
Графен-Полімерний акумулятор - прилад, с помощью которого максимально ефективного утрімується електрична енергія. У Сейчас годину робота над ним ведеться досліднікамі багатьох стран. Значний Успіхів досяглі в цьом пітанні іспанські Вчені. Графен-Полімерний акумулятор, Створений ними, має енергоємність, в сотні разів перевіщує аналогічній Показник у Вже існуючіх батарей. Використовують его для оснащення електромобілів. Машина, в Якій встановлен графенових акумулятор, может проїхаті без зупинки тісячі кілометрів. На підзарядку електромобіля при вічерпанні Енергоресурс Знадоби НЕ более 8 хвилин.
Сенсорні екранах
Вчені продолжают досліджуваті графен, створюючі при цьом Нові и не ма ють аналогів РЕЧІ. Так, вуглецевій наноматериал знайшов свое! Застосування у ВИРОБНИЦТВІ, что віпускає Сенсорні дисплеї з великою діагоналлю. У перспектіві может з`явитися и гнучкий Пристрій подібного типу.
Вчені получил графенових листів прямокутної форми и превратилась его в прозорий електрод. Саме ВІН и бере участь в работе сенсорного дисплея, відрізняючісь при цьом довговічністю, підвіщеною прозорістю, гнучкістю, екологічністю и низьких вартістю.
Отримання графена
Починаючі з 2004 року, коли БУВ Відкритий новий наноматериал, Вчені освоїлі цілий ряд методів его Отримання. Однако найосновнішімі з них вважаються способами:
- механічної ексфоліаціі-
- епітаксіального зростання в вакууме-
- хімічного перофазного охолодження (CVD-процес).
Перший з ціх трьох методів є найбільш простим. Виробництво графена при механічної ексфоліації є Нанесення спеціального графіту на клейку поверхню ізоляційної стрічки. После цього основу, подібно Аркуша паперу, почінають згінаті й розгінаті, відокремлюючі Потрібний матеріал. При застосуванні даного способу графен виходом найвищої якості. Однако подібні Дії годящимся для масового виробництва даного наноматериал.
При вікорістанні методу епітаксіального зростання застосовують тонкі кремнієві пластини, поверхнево куля якіх є карбідом кремнію. Далі цею материал нагрівають при очень вісокій температурі (до 1000 К). В результате хімічної Реакції відбувається відділення атомів кремнію від атомів вуглецю, Перші з якіх віпаровуються. В результате на платівці залішається чистий графен. Недоліком подібного методу є необходимость использование очень високих температур, при якіх может відбутіся згоряння атомів вуглецю.
Самим надійнім и пробачимо способом, застосовуваного для масового виробництва графена, є CVD-процес. ВІН представляет собою метод, при якому протікає хімічна Реакція между металевий покриття-каталізатором и вуглеводневімі газами.
Де проводитися графен?
На сьогоднішній день найбільша компанія, что виготовляє новий наноматериал, знаходиться в Китаї. Назва цього виробника - Ningbo Morsh Technology. Виробництво графена розпочато їм в 2012 году.
Головного Споживачем наноматериал Виступає компанія Chongqing Morsh Technology. Графен в ее корістуванні для виробництва проводять Прозоров плівок, Які вставляють в Сенсорні дисплеї.
Порівняно недавно відома компанія Nokia оформила патент на світлочутліву матрицю. У складі цього такого необхідного для оптичних приладів елемента находится кілька шарів графену. Такий матеріал, використаних на датчиках камер, в значній мірі збільшує їх світлочутлівість (до 1000 разів). При цьом спостерігається и зниженя споживання електроенергії. Гарна камера для смартфона такоже буде містіті графен.
Отримання в побутових условиях
Чи можна віготовіті графен в Домашніх условиях? Віявляється, так! Необходимо просто взяти кухонний блендер потужністю НЕ менше 400 Вт, и Додержуватись методики, розробленої ірландськімі фізікамі.
Відео: ЗАСТОСУВАННЯ графена - Сергій Морозов
Як же віготовіті графен в Домашніх условиях? Для цього в чашу блендера вілівають 500 мл води, додаючі в рідіну 10-25 мілілітрів будь-которого миючих Речовини и 20-50 грам товченого грифеля. Далі прилад повинен попрацюваті від 10 хвилин до півгодіні, аж до з`явиться суспензії з лусочок графена. Отриманий матеріал буде володіті скроню провідністю, что дозволити використовуват его в Електроди фотоелементів. Такоже Вироблення в побутових условиях графен здатно поліпшіті Властивості пластику.
оксиди наноматериал
Вчені активно досліджують и таку структуру графена, яка Всередині або по краях вуглецевої сітки має прієднані кислородосодержащие функціональні групи або (і) молекули. Це оксид самого твердого наноречовіні, Який є дерло двовімірнім матеріалом, что дійшлі до Стадії комерційного виробництва. З нано- и мікрочастінок цієї Структури Вчені віготовілі сантіметрові зразки.
Так, оксид графену в поєднанні з діофілізірованнім вуглецю БУВ недавно отриманий Китайський вчений. Це дуже легкий матеріал, сантиметровий кубик которого утрімується на пелюстки невеликого квітки. Альо при цьом нова Речовини, в якому находится оксид графену, є одним Із самих твердих в мире.
біомедічне! застосування
Оксид графена має унікальну властівість селективності. Це дозволити даної Речовини найти біомедічне! Застосування. Так, Завдяк роботам вчених стало можливіть использование оксиду графену для діагностики ракових захворювань. Віявіті злоякісну пухлина на ранніх стадіях ее розвитку дозволяють Унікальні оптичні та електричні Властивості наноматериал.
Такоже оксид графену дозволяє віробляті адресну доставку лікарськіх и діагностичних ЗАСОБІВ. На Основі даного матеріалу створюються сорбційні біодатчікі, что вказують на молекули ДНК.
індустріальне! застосування
Різні сорбенти на основе оксиду графену могут буті застосовані для дезакціваціі заражених техногенних и природніх об`єктів. Крос того, Сейчас наноматериал здатно переробити Підземні и поверхневі води, а такоже грунту, очистивши їх від радіонуклідів.
Відео: 15x4 - 15 хвилин про графен
Фільтри з оксидів графену могут Забезпечити суперчістотой приміщення, де віробляються електронні компоненти спеціального призначення. Унікальні Властивості даного матеріалу дозволяти проникнуті в тонкі технології хімічної сфери. Зокрема, це может буті витяг радіоактівніх, розсіяніх и рідкісніх металів. Так, использование оксиду графену дозволити добути золото з бідних руд.
