Что такое графен и его применение: Уникальное вещество и его применения – Наука – Коммерсантъ

10 способов применения графена, которые изменят вашу жизнь

Он прочный, он гибкий и он уже здесь: после долгих лет исследований и экспериментов графен приходит в нашу жизнь, а именно – в продукты, которыми мы пользуемся каждый день. В скором времени графен изменит мир смартфонов, аккумуляторов, спортивной экипировки, суперкаров и сверхпроводников. Свойства этого материала настолько невероятные, что некоторые люди даже считают, что графен достался нам от инопланетных кораблей, оставленных на нашей планете задолго до появления человечества.

Это, конечно же, фантастика, но потенциал графена не может не рождать подобные теории заговора. Прошло более 60 лет с тех пор, как ученые и производители электроники впервые попытались раскрыть всю мощь нового материала, однако его практическое применение стало реальным только сейчас. Новости о технологических прорывах в этой области не прекращаются, и очередной всплеск инфоповодов по этой теме состоялся в ходе недавней выставки мобильной электроники MWC 2018. Далее речь пойдет о 10 способах использования графена, которые изменят вашу жизнь в обозримом будущем.

Миниатюрные УФ-сканеры

Обычная одежда спасает нас от вредных ультрафиолетовых лучей, но зачастую этого бывает недостаточно, особенно в жарких солнечных странах. Проблема будет решена с помощью небольшого гибкого УФ-сканера, который может крепиться на кожу, как обычный пластырь, либо изначально встраиваться в одежду. Когда этот сканер определит, что вы слишком долго находитесь под прямыми солнечными лучами, он отправит соответствующее уведомление на смартфон, предупредив вас об опасности.

Умные стельки для атлетов

Производители обуви и спортивных товаров также делают большую ставку на графен. Сегодня уже существуют носки и стельки, распознающие силу давления в той или иной области подошвы. Но подавляющее большинство таких продуктов оснащены всего несколькими датчиками, графен позволяет разместить более 100 датчиков, которые никак не повлияют на вес обуви. Прототипы высокотехнологичных стелек существуют уже сегодня, они изготовлены из специальной пены и измеряют давление с точностью до миллиграмма.

Графеновый крио-кулер для охлаждения базовых станций 5G

Всем модулям беспроводной связи при увеличении объема передаваемых данных требуется все больше охлаждения, иначе оборудование перегреется. Таким образом, многократное повышение пропускной способности в приближающихся 5G-сетях. Разработанный в Швеции компактный охлаждающий насос способен понижать температуру базовых станций вплоть до -150 градусов, поддерживая стабильный сигнал.

Аудиотехника

Хотя впервые графен был получен в Университете Манчестера, исследования данного материала ведутся по всему миру, а наибольшее число патентов по использованию графена принадлежит Китаю. Неудивительно, что крупнейший производитель электроники в этой стране стал одним из первых брендов, внедривших графен в свои продукты. Так, Xiaomi Mi Pro HD являются наушниками с графеновой диафрагмой, которая позволяет передавать более громкий, чистый и насыщенный звук. Также у Xiaomi есть терапевтический пояс PMA A10 из ткани, покрытой графеном.

Самые эффективные в мире солнечные батареи

В Италии ученые разрабатывают солнечную батарею на основе графена и органических кристаллов. Такая технология позволяет делать солнечные ячейки более крупными, что повышает эффективность сбора энергии и удешевляет производство в 4 раза.

Графеновые самолеты

В авиации вес – это все, от него напрямую зависит стоимость полета. Именно поэтому Ричард Брэнсон (и другие, менее известные люди) предсказывают полный переход коммерческих авиакомпаний на гораздо более легкий и прочный графен уже в ближайшее десятилетие. И это не просто слова – к примеру, Airbus уже не первый год активно занимается этим направлением.

Чехлы для смартфонов

Чехлы со встроенной батареей так и не прижились на рынке, а проблема быстро разряжающихся мобильных аккумуляторов никуда не делась. Чехлы с задней панелью из графена смогут намного эффективнее охлаждать смартфон, прибавляя до 20% ко времени работы батареи в вашем мобильном устройстве.

Супертонкие электронные книги

На MWC 2017 компания FlexEnable продемонстрировала построенную на основе графена полноцветную пиксельную матрицу для энергоэффективных дисплеев и дисплеев с электронными чернилами. Такие экраны будут иметь толщину обычной бумаги. К тому же, эти матрицы будут гибкими, что избавляет от необходимости использования толстого защитного стекла.

Автомобили

Графен раскрывает широкие перспективы для автомобилестроения, в частности для электромобилей. Дело в том, что с изготовленные из графена транспортные средства обладают меньшим весом и большей жесткостью кузова, что позволяет им быстрее ускоряться и расходовать значительно меньше электроэнергии.

Сверхбыстрые зарядки

Что, если бы вы могли зарядить свой смартфон на 100% за 5 минут? Именно столько времени требуется зарядному устройству от Zap & Go. И хотя тестовый прототип имел емкость всего 750 мАч, этот результат не может не впечатлять. А в следующем году инженеры компании обещают снизить этот показатель до 15-20 секунд. Тем временем, в Huawei разработали обычные литий-ионные батареи, которые благодаря применению графена могут работать на температурах до 60оС, что на 10 превышает показатель стандартных аккумуляторов на 10 градусов, что продлевает срок эксплуатации батареи почти в 2 раза.

Графен в электронике: сегодня и завтра

Графен у всех на слуху, однако не все четко представляют себе, что это за материал и как он применяется в настоящее время.

В данном обзоре, не претендующем на всеохватность этой бурно развивающейся сейчас темы, представлена информация об этом материале и областях его применения.  

Общие сведения

Графен был экспериментально обнаружен в 2004 г. двумя английскими учеными российского происхождения — Андреем Геймом и Константином Новосёловым, за что они вскоре получили Нобелевскую премию по физике. Графен представляет собой слой атомов углерода, соединенных в гексагональную двумерную кристаллическую решетку. Это, по сути, пленка углерода толщиной в один атом, имеющая строго упорядоченную кристаллическую структуру. Графен можно считать развернутой в плоскость одностенной нанотрубкой или двумерным фуллереном, или же отдельно взятым атомарным слоем из множества таких слоев, составляющих монокристалл пиролитического графита.  

Структура графена  

Слой графита толщиной в один атом обладает рядом ценных свойств: отличается высокой стабильностью, в т.ч. и при комнатной температуре, а также высокой тепло- и электропроводностью. Подвижность электронов в графене в 10—20 раз выше, чем в арсениде галлия. Из этого материала можно создавать чипы, пригодные для работы на терагерцовых частотах. Хотя монослои графита обладают такой же подвижностью носителей зарядов при комнатной температуре, как и нанотрубки, однако для него, в общем случае, применима обычная, отработанная годами планарная технология. К тому же, благодаря двумерной структуре управляющий ток может быть легко увеличен за счет изменения ширины проводящего канала.

Проводник или полупроводник?

На пути создания графеновой электроники остается еще много препятствий, в т.ч. невозможность выращивания больших графеновых пластин, высокая стоимость материала и трудности с управлением его проводимостью. В частности, еще недостаточно разработаны способы получения полупроводников из графена — до сих пор графен и его производные известны только в виде проводников и изоляторов.

Недавно был получен полупроводниковый материал на основе графена, в котором атомы кислорода заключены в гексагональную структуру графена. По замыслу исследователей, в ходе нагрева оксида графена в вакууме должен был выделиться кислород и получиться многослойный графен. Однако при повышении температуры атомы углерода и кислорода стали выстраиваться в упорядоченную структуру моноокиси графена, не существующего в естественном виде.

Исследователи демонстрируют атомную структуру моноокиси графена

Полученный материал обладает полупроводниковыми свойствами и имеет широкие перспективы применения в производстве электроники. Меняя температуру нагрева, исследователи получили четыре новых материала, которые были отнесены к категории GMO. В настоящее время определяется устойчивость моноокиси графена и возможность масштабировать этот материал для производства.

Ранее было открыто другое интересное свойство графена, которое заключается в том, что определяющую роль в формировании свойств графена играет материал, на котором он выращивается. В частности, если подложку, на которой будет выращена структура, активировать кислородом, то полученный лист графена будет обладать свойствами полупроводника, если водородом – то свойствами металла. «Варьируя химический состав подложки, мы можем управлять природой графена, наделяя его свойствами полупроводника или металла», — сообщил Сарож Наяк (Saroj Nayak), профессор кафедры физики и астрономии Ренсселарского политехнического института.

Управление током в графене: нитрид бора может статью ключом к графеновой микроэлектронике

Графен — самый тонкий в мире материал. Почти единственным на сегодняшний день принципиальным препятствием для его применения является невозможность управления электронным потоком по графену. Например, до сих пор не удалось найти способ остановить ток в графене: на атомарном уровне работают законы квантовой механики, которые сильно отличаются от тех, что действуют на макроуровне. Электроны в слое графена проходят сквозь препятствия (т. н. туннельный эффект, применяемый также в некоторых радиоэлектронных приборах), а не отскакивают от них, как это происходит в макромире. Недавно было обнаружено, что при наложении слоя графена на слой нитрида бора возникает новая гексагональная структура, которая определяет путь прохождения электронов по образцу.

Один из способов создания графенового двоичного триггера. Квадратная графеновая ячейка разбивается на два треугольных участка. Электроны отражаются, когда напряжения имеют разную полярность, и проходят, когда напряжения одинаковы.

Этот факт может стать ключом к созданию нового типа электронных устройств, отличающихся малым размером и низким энергопотреблением. Из-за этой особенности контролировать распространение электронов по слою очень сложно. Недавние исследования показали, что при наложении пленки нитрида бора на слой графена удается задержать некоторые электроны. Это первый шаг на пути решения проблемы.

Нитрид бора имеет сходную с графеном структуру, однако является диэлектриком. Пленки из нитрида бора можно использовать также для улучшения электрических свойств графена. Они предотвращают флуктуации электронного заряда.

Формирование гексагональной структуры при наложении нитрида бора на графен

Если менять угол между кристаллическими решетками, количество электронов, которые не могут проходить сквозь решетку, увеличивается. Коэффициент задержания зависит от размера гексагонального рисунка, который возникает при угловом смещении одного из слоев (аналогичный эффект – возникновение муарового рисунка при наложении линейчатых структур). По сути, этот рисунок является картой электрического потенциала.

Размер рисунка в зависимости от угла наложения: а – слишком мелкий, б – правильный

В настоящее время идет процесс изучения различных графеновых структур с помощью сканирующего туннельного микроскопа, который позволяет получить изображение сверхрешетки и измерить ее размер. Если гексагональный рисунок слишком мелкий, образец отбраковывается. Примерно 10-20% образцов показывают желаемый эффект. Если данный процесс удастся автоматизировать, будет создана графеновая микроэлектроника.

Псевдомагнитные свойства графена

Группа физиков из Университета в Арканзасе ведет разработки в несколько ином ключе. Они предлагают управлять потоком электронов с помощью изменения механического напряжения в материале.

Было замечено, что если приложить к графеновой пленке механическое усилие, ее электрические свойства изменятся так, как будто материал поместили в магнитное поле. Чтобы использовать данное свойство, необходимо научиться контролировать механическое напряжение.

Исследователи из Университета в Арканзасе провели следующий эксперимент. Они натянули графеновые мембраны на тонкие квадратные рамки и просканировали поверхность графена туннельным микроскопом с помощью постоянного тока. В сканирующем туннельном микроскопе для создания карты рельефа поверхности используется электрический ток очень малой величины. Чтобы поддерживать ток на постоянном уровне в процессе сканирования рельефа поверхности, микроскоп данного типа меняет напряжение на кончике туннельного зонда, когда он передвигается вверх-вниз. Было замечено, что при этом форма мембраны также изменялась – мембрана изгибалась и стремилась приблизиться к щупу. Форма мембраны изменялась в зависимости от заряда между щупом и мембраной. Изменяя напряжение на щупе, можно управлять механическим напряжением мембраны.

В свободном состоянии графеновые мембраны имеют бугристую форму. Это является препятствием для их применения в электронных устройствах, поскольку на изломах проводимость мембраны резко падает.

Для более полного понимания этого свойства было проведено исследование теоретической системы, содержащей графеновые мембраны. Ученые сопоставили величину механического напряжения и рассчитали расположение щупа микроскопа относительно мембраны. Оказалось, что взаимодействие между мембраной и щупом зависит от расположения щупа. По этим данным можно рассчитать псевдо-магнитное поле для заданного напряжения и механического усилия.

Из-за того, что мембрана ограничена квадратной рамкой, напряженность поля меняется с положительной на отрицательную. Для создания неосциллирующего поля требуется изготовить треугольную ячейку. Возможно, именно она позволит найти способ управлять псевдомагнитными свойствами графена.

Примеры применения графена

В настоящее время в области применения графена ведутся разработки в следующих направлениях:

Высокочастотные транзисторы. Подвижность электронов в графене гораздо больше, чем в кремнии, поэтому цифровые элементы из графена обеспечивают более высокую частоту работы. Некоторые компании уже заявляли об успехах в этой области. Так, транзисторы IBM работают на частоте 26 ГГц и имеют размер около 240 нм. Поскольку между размерами транзистора и его производительностью существует обратная зависимость, увеличение рабочей частоты достигается с за счет уменьшения его размеров.

Строение графенового транзистора

Микросхемы памяти. Прототип нового типа запоминающего устройства состоит всего из 10 атомов графена. Во время лабораторных тестов группе профессора Джеймса Тура из американского Университета Райс удалось создать кремниевые модули, на которых были размещены 10 атомарных слоев графена. В итоге графеновый слой получил толщину около 5 нм. Исследователи говорят, что в новых экспериментальных модулях базовые ячейки хранения информации примерно в 40 раз меньше ячеек, используемых в самых современных 20-нм модулях NAND-памяти. Данная технология потенциально способна во много раз увеличить емкость модулей памяти. Кроме того, данные запоминающие устройства способны выдерживать сильное радиационное излучение и температуру до 200°C, сохраняя всю информацию.

Ячейка флэш-памяти на основе графена

Еще одно преимущество разработки заключается в беспрецедентной экономичности расхода энергии. Для хранения данных модули памяти используют два исходных состояния — нейтральное (выключенное) и заряженное (включенное). Для того, чтобы закодировать 1 бит информации в графеновых модулях требуется в миллион раз меньше энергии, чем для кодирования того же бита в кремниевых чипах.

Электроды для суперконденсаторов. Проводимость графеновых электродов превышает 1700 См/м, тогда как у электродов на активированном угле она составляет лишь 10–100 См/м. Благодаря высокой механической прочности LSG-электроды могут использоваться в суперконденсаторах без связующих элементов или токоприемников, что упрощает конструкцию и снижает себестоимость изготовления суперконденсаторов.

Графеновый суперконденсатор (ионистор)

Исследователи из Калифорнийского университета Лос-Анджелеса и Калифорнийского института наносистем (California NanoSystems Institute) продемонстрировали высокопроизводительные электрохимические конденсаторы на основе графена, которые сохраняют превосходные электрохимические параметры при больших механических нагрузках. Статья на эту тему в марте была опубликована в журнале Science.

Устройства, изготовленные с использованием гравированных лазером графеновых электродов, характеризуются очень высокой плотностью энергии в разных электролитах, высокой плотностью мощности и поцикловой стабильностью. Более того, эти суперконденсаторы сохраняют отличные электрохимические свойства при больших механических нагрузках, благодаря чему их можно будет применять в мощных и гибких электронных устройствах.

Недорогие дисплеи для портативных устройств. Графен можно использовать вместо ITO (оксида индия-олова) в электродах для OLED-дисплеев. Во-первых, это позволяет снизить стоимость дисплея, а во-вторых, упрощает его утилизацию за счет прекращения использования металлических элементов.

Дисплей, изготовленный с применением графена

Кроме того, было установлено, что графен пропускает до 98% света. Это значительно выше показателя пропускания лучших материалов из ITO (82-85%). Графен обладает высокой электропроводностью, что позволяет использовать его для создания прозрачных электродов, управляющих поляризацией и состоянием жидких кристаллов.

Другая группа исследователей недавно установила, что несколько слоёв графена, нагретые при температуре 300-400°C в присутствии порошкового хлорида железа (FeCl3) приводит к интеркаляции слоёв графена и хлорида железа. Электроны из хлорида железа увеличивают число носителей заряда в слоях графена, а результате чего поверхностное сопротивление слоя падает до 8,8 Ом на квадрат при видимой прозрачности материала 84%. Новый материал имеет хорошую долговременную и температурную стабильность и во много раз лучше по характеристикам, чем сравнимые слои ITO: при том же поверхностном сопротивлении последний имеет прозрачность лишь 75%, а при той же прозрачности — сопротивление в 40 Ом на квадрат.

Гибкое прозрачное устройство отображения (дисплей с печатной платой) станет возможным изготовить на основе графена.

Аккумуляторы для автомобилей на водородном топливе. С помощью графеновых пленок можно увеличить энергию связи атомов углерода. Это позволит увеличить емкость, либо уменьшить вес аккумуляторов.

Датчики для диагностики заболеваний. В основе работы этих датчиков лежит тот факт, что молекулы, чувствительные к некоторым болезням, присоединяются к атомам углерода в графеновом слое. В датчике используется графен, молекулы ДНК и флуоресцентные молекулы. Флуоресцентные молекулы соединяются с одиночной ДНК, которая в свою очередь связывается с графеном. Когда другая одиночная молекула ДНК связывается с ДНК, присоединенной к слою графена, и формируется двойная ДНК, которая свободно передвигается по графену, увеличивая уровень излучения.

Принцип распознавания поврежденных ДНК

Охлаждение электронных схем. Недавно созданный композитный материал на основе графена и меди нашел применение в качестве наиболее эффективного и недорогостоящего средства охлаждения электронных устройств. Теплопроводность композита составляет 460 Вт/(м·K), тогда как у меди она равна 380 Вт/(м·K).

Композит осаждается на охлаждаемую поверхность электрохимическим способом в виде пленки толщиной 200 мкм. Уже разработана схема переоснащения оборудования для изготовления медно-графенового теплоотвода.

Элементы с малым удельным весом и высокой прочностью. Добавление в эпоксидный композит графена обеспечивает более высокую удельную прочность элементов, поскольку графен прочно связывается с молекулами полимеров.

Вместо заключения

Нет сомнений, что когда эти и другие разработки будут доведены до конца, наше представление об электронике коренным образом изменится. Как? Например, так, как показано в следующем видеоролике:

Его создатели, правда, не учли, что к тому времени и одежда будет сделана с применением углеволокна и графена и будет выглядеть совсем по-другому. 🙂

Читайте также:

Химически модифицированный графен для новой электроники
У графена появился соперник — графин
Новые возможности суперконденсаторов с графеновыми электродами
Графеновые микросхемы толщиной в один атом углерода могут создаваться крупносерийно
Графен можно выращивать дешево
Ученые создали первую в мире графеновую память
Найден способ управления свойствами графена
Графеновый транзистор разогнали до 26 ГГц
Исследователи создали моноокись графена для будущей электроники
Для лучшего охлаждения кристаллов придуман композит меди и графена

применений графена: для чего используется графен?

Графен представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенных в виде сот. Графен считается самым тонким, прочным и наиболее проводящим материалом в мире как для электричества, так и для тепла. Все эти свойства интересны исследователям и предприятиям по всему миру, поскольку графен может революционизировать целые отрасли — в области электричества, электропроводности, производства энергии, аккумуляторов, датчиков и многого другого.

Механическая прочность

Графен — самый прочный материал в мире, и его можно использовать для повышения прочности других материалов. Десятки исследователей продемонстрировали, что добавление даже незначительного количества графена к пластику, металлу или другим материалам может сделать эти материалы намного прочнее или легче (поскольку вы можете использовать меньшее количество материала для достижения той же прочности).

Такие усиленные графеном композитные материалы могут найти применение в аэрокосмической отрасли, строительных материалах, мобильных устройствах и многих других областях.

Термические применения

Графен является наиболее теплопроводным материалом, обнаруженным на сегодняшний день. Поскольку графен также прочен и легок, это означает, что он является отличным материалом для изготовления решений для распределения тепла, таких как радиаторы или пленки для рассеивания тепла. Это может быть полезно как в микроэлектронике (например, чтобы сделать светодиодное освещение более эффективным и долговечным), так и в более крупных приложениях — например, в термопленках для мобильных устройств. Например, в последних смартфонах Huawei используются термопленки на основе графена.

Аккумулирование энергии

Поскольку графен является самым тонким материалом в мире, у него чрезвычайно высокое отношение площади поверхности к объему. Это делает графен очень перспективным материалом для использования в батареях и суперконденсаторах. Графен может использоваться для аккумуляторов и суперконденсаторов (и даже топливных элементов), которые могут хранить больше энергии и заряжаться быстрее.

Преимущества графеновых аккумуляторов

Покрытия, датчики, электроника и многое другое

Графен имеет большие перспективы для дополнительных применений: антикоррозийные покрытия и краски, эффективные и точные датчики, более быстрая и экономичная электроника, гибкие дисплеи, эффективные солнечные батареи, более быстрое секвенирование ДНК, доставка лекарств и многое другое.

Графен является таким прекрасным и основным строительным блоком, что кажется, что любая промышленность может извлечь выгоду из этого нового материала. Время покажет, где графен действительно окажет влияние, или другие новые материалы окажутся более подходящими.

Последние новости о применении графена:

Австралийская компания Archer Materials разработала полевой транзистор на основе графена (gFET), который может работать во влажной среде. Устройство gFET представляет собой чувствительный компонент, который будет использоваться в медицинских приложениях, например, для оцифровки биологически значимых сигналов, таких как сигналы от целевых аналитов вирусов или бактерий. Инновационный биочип будет интегрирован с передовыми микрожидкостными системами, что позволит производить мини-платформы устройств «лаборатория на чипе», предназначенные для медицинской диагностики.

Изображение

Компания пояснила, что интеграция полевых транзисторов gFET с встроенной микрожидкостью потенциально позволяет мультиплексировать, например, возможность распараллелить обнаружение нескольких биологически значимых целей в образцах жидкости размером с каплю на чипе. Нововведение может предотвратить короткое замыкание интегральной схемы жидкостями, одновременно получая электронные сигналы, используя жидкость как часть устройства.

Читать полностью Размещено: 24 октября 2022 г.

Международная группа исследователей, в том числе из Университета Аалто, Шанхайского университета Цзяо Тонг, Чжэцзянского университета, Сычуаньского университета, Орегонского государственного университета, Университета Йонсей и Кембриджского университета, разработала миниатюрный спектрометр, состоящий из «бутерброда» из различных ингредиентов. , включая графен, дисульфид молибдена и диселенид вольфрама.

Спектрометр, как сообщается, бьет все текущие рекорды разрешения, и делает это в гораздо меньшем корпусе благодаря вычислительным программам и искусственному интеллекту. Новые миниатюрные устройства могут использоваться в самых разных областях: от проверки качества пищи до анализа звездного света или обнаружения слабых следов жизни в открытом космосе.

Читать полностью Опубликовано: 22 октября 2022 г.

Directa Plus объявила, что ее графен G+ будет использоваться в асфальте на 250-километровом участке автомагистрали в Италии вместе с избранными переработанными твердыми пластиками, такими как игрушки, ящики для фруктов и урны для мусора, для производства продукта под названием Gipave. Контракт на использование «супермодификатора» асфальта Gipave в дорожном покрытии на участке автомагистрали A4 Турин-Милан выиграл итальянский партнер Directa Iterchimica со специалистом по управлению автомагистралями и инфраструктурой ASTM Group.

Gipave использует графен Directa для повышения сопротивления и увеличения срока службы дорожных покрытий.

Читать полностью Опубликовано: 21 октября 2022 г.

Nanotech Energy Europe, дочерняя компания, полностью принадлежащая Nanotech Energy, объявила о подписании соглашения о покупке на поставку BESS (системы накопления энергии на батареях) мощностью 1+ ГВтч на основе графеновой технологии до 2028 года компании Smile Energy в Афинах, Греция.

Nanotech заявила, что партнерство со Smile Energy позволит немедленно расширить бизнес Nanotech по хранению энергии в регионе, который взял на себя обязательство по развитию выдающейся солнечной инфраструктуры в мире. Вместе Nanotech и Smile будут играть роль в поддержке Греции и окружающего региона, чтобы предпринять следующие шаги для обеспечения стабильности инфраструктуры и непрерывности энергоснабжения.

Читать полностью Опубликовано: 20 октября 2022 г.

Исследователи из Университета Цинхуа недавно разработали датчик с автономным питанием, который может одновременно отслеживать и обнаруживать несколько раздражителей окружающей среды, и продемонстрировали, как он может «переводить» язык жестов в звук.

Изображение

Датчик был сделан из оксида графена и питался от влажного электрического генератора, называемого МЭГ, который содержит мембрану, которая самопроизвольно поглощает воду из воздуха. Когда вода прилипает к поверхности, это приводит к более высокой концентрации ионов водорода в верхней части мембраны и разности потенциалов между двумя ее электродами.

Читать полностью Опубликовано: 20 октября 2022 г.

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли недавно использовали графен для разработки платформы визуализации, позволяющей получать неразрушающие спектроскопические изображения мягких материалов с нанометровым пространственным разрешением в условиях in vitro и при внешних воздействиях. Используя ускоритель частиц Advanced Light Source (ALS) в качестве источника инфракрасного света, исследователи выполнили визуализацию белков с пространственным разрешением в нанометровом масштабе в естественной жидкой среде белков. Они наблюдали, как на самосборку белков влияли условия окружающей среды в окружающей жидкости.

Современные средства визуализации часто используют ионизирующее излучение в условиях, далеких от родной биологической среды молекулы. Мощные методы визуализации, такие как флуоресцентная микроскопия, потенциально могут повредить биологический материал и часто не дают информации о химическом составе. Чтобы решить эту проблему, исследователи объединили инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье (нано-FTIR) с жидкими ячейками, покрытыми графеном. Платформа визуализации может открыть возможности для изучения мягких материалов в различных секторах, от биологии до переработки пластмасс и энергетики.

Читать полностью Опубликовано: 19 окт. 2022 г.

Исследователи из Техасского университета в Остине разработали биосенсор на основе модифицированного антителами (Ab) графенового полевого транзистора (GFET) для точного и быстрого обнаружения вируса гриппа А (IAV) и коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2). ) обнаружение и дифференциация белков.

Разработанный сенсорный чип, состоящий из четырех GFET-транзисторов в четырехкратном расположении, разделенных корпусами из полидиметилсилоксана (PDMS). Каждый квартал был биохимически функционализирован антителами, нацеленными на антигены SARS-CoV-2 и IAV, один химически пассивированный контроль и один голый контроль. Третий (химически пассивированный) GFET был развернут, чтобы гарантировать, что наблюдаемые результаты были связаны с взаимодействием Ab-антиген, а не с электронными флуктуациями или дрейфами.

Читать полностью Опубликовано: 18 окт. 2022 г.

Исследователи из Южнокорейского университета науки и технологии Пхохан (POSTECH), Национального технологического института Кумо, Университета Сонгюнгван, Университета Юнгнам, Университета Конкук и Университета Сеула предложили простую стратегию изготовления мезопористого графена с применением в высокотемпературных средах. высокопроизводительные системы накопления энергии, такие как электрические двухслойные суперконденсаторы (EDLC).

Обычные системы накопления энергии, изготовленные из активированного угля (АУ), как правило, имеют низкую удельную мощность из-за недостаточной удельной площади контакта, что приводит к неадекватному созданию двойного электрического слоя между материалом электрода и электролитом. Следовательно, активный материал с высокой удельной площадью контакта может помочь получить высокую плотность энергии и удовлетворить потребности различных систем накопления энергии. Замечательная электрическая проводимость графена, естественно, делает его логичным кандидатом, но высокий ван-дер-ваальсов контакт между листами графена делает неизбежным наложение друг на друга, что приводит к ограниченной доступной площади поверхности.

Читать полностью Опубликовано: 17 окт. 2022 г.

Исследователи из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук (CAS) и Хэнаньского сельскохозяйственного университета разработали двумерные (2D) нанолисты Mn 3 O 4 с доминирующими кристаллическими плоскостями на графене (Mn 3 O 4 NS/G) в качестве эффективных кислородных катализаторов для Li-O аккумуляторов 2 , обеспечивающих сверхвысокую емкость и долговременную стабильность.

Команда объяснила, что разработка кислородных катализаторов с четко определенной формой и высокоактивными кристаллическими гранями может эффективно регулировать реакцию восстановления кислорода (ORR) и реакцию выделения кислорода (OER) на трехфазных границах раздела, но это все еще остается сложной задачей. . Исследователи сообщили, что наночастицы Mn 3 O 4 NS/G с гранями (101) и обогащенными вакансиями кислорода обеспечивают более низкое перенапряжение заряда 0,86 В, чем у наночастиц Mn 3 O 4 на графене (1,15). В).

Читать полностью Опубликовано: 17 окт. 2022 г.

В рамках проекта ЕКА совместно с Adamant Composites в Греции было проверено, как добавление графена (и других наноразмерных материалов) может оптимизировать тепловые и электрические свойства спутника.

Изображение

Безвоздушный космический вакуум — это место, где спутник может быть горячим и холодным одновременно, причем часть его находится на солнце, а другая — в тени. Ученые работают над тем, чтобы свести к минимуму экстремальные температуры внутри корпуса спутника, потому что скопление тепла может привести к смещению деталей или даже к короблению. Другим нежелательным результатом в условиях высокоизолирующего вакуума является накопление электрического заряда на поверхностях спутников, что в конечном итоге может привести к разрушительным или разрушительным разрядам. Композитные материалы все чаще вытесняют традиционные металлические детали на борту спутников, но эти материалы на полимерной основе обладают более низкой тепло- и электропроводностью, что усугубляет такие проблемы.

Читать полностью Опубликовано: 16 окт. 2022 г.

Applications — Graphene — Манчестерский университет

Графен — революционная технология; тот, который может открыть новые рынки и даже заменить существующие технологии или материалы. Только когда графен используется как для улучшения существующего материала, так и для трансформации, его истинный потенциал может быть реализован.

Объединение всех удивительных свойств графена может создать эффект масштаба, который в последний раз наблюдался во время промышленной революции.

Огромное количество продуктов, процессов и отраслей, в которых графен может оказать существенное влияние, проистекает из его удивительных свойств.

Никакой другой материал не обладает такой широтой превосходных степеней, как графен, что делает его идеальным для бесчисленного множества применений.

  • Он во много раз прочнее стали, но невероятно легкий и гибкий.
  • Обладает электро- и теплопроводностью, но при этом прозрачен.
  • Это первый в мире двухмерный материал, который в миллион раз тоньше диаметра одного человеческого волоса.

Области применения

Транспорт, медицина, электроника, энергетика, оборона, опреснение; Диапазон отраслей, в которых исследования графена оказывают влияние, значителен.

И это только начало. Это только первые шаги. Потенциал графена ограничен только нашим воображением.

  • Biomedical

    Уникальные свойства графена позволяют использовать его в новаторских биомедицинских приложениях: адресная доставка лекарств; улучшенное проникновение в мозг; Самодельные наборы для проверки здоровья и «умные» имплантаты.

    Подробнее

  • Композиты и покрытия

    Графен — материал с огромным количеством выдающихся качеств; прочность, гибкость, легкий вес и электропроводность.

    Подробнее

  • Электроника

    Графен обладает потенциалом для создания следующего поколения электроники, которая в настоящее время ограничивается научной фантастикой. Подумайте о более быстрых транзисторах; полупроводники; гибкие телефоны и другая электроника.