Что такое графен простыми словами: Графен

Содержание

Что таят в себе нанопузырьки графена

Какое давление могут удерживать нанопузырьки графена, изначально мешавшие ученым, и где это может пригодиться, отделу науки «Газеты.Ru» рассказала Екатерина Хестанова — аспирантка, работающая в команде нобелевского лауреата Андрея Гейма.

— Екатерина, спасибо, что согласились на интервью. У коллег Андрея Гейма вышла вторая за три недели статья о новых свойствах графена. Мой первый вопрос: можете рассказать простыми словами для неспециалиста о результатах работы, опубликованной в Nature Communications, и о ходе эксперимента?

few articles

— Здравствуйте, спасибо, что проявили интерес к нашей работе. Графен — это очень тонкая мембрана, всего в один атом толщиной, но при этом чрезвычайно прочная. Настолько прочная, что ее можно подвесить над отверстием в подложке, при этом получится такой «барабан». Далее на этот барабан можно давить с помощью иглы специального прибора — атомно-силового микроскопа — это что-то вроде битья барабанной палочкой. А если посмотреть, как далеко отскакивает ваша барабанная палочка, можно определить, хорошо ли натянут барабан.

В нашем случае вместо барабана мы давили на нанопузырьки, которые образуются, если графен перенести на идеальную атомарно гладкую поверхность кристалла, например, нитрида бора или того же графита.

Это можно сравнить с приклеиванием защитной пленки на стекло автомобиля или телефона: если пленка большая и тонкая, ее трудно приклеить идеально, у вас часто будут оставаться пузырьки воздуха. С помощью атомно-силового микроскопа мы обнаружили, что такие графеновые пузырьки натянуты на удивление сильно.

Давление внутри них может превышать атмосферное в тысячи раз.

Это значит, что если внутрь такого пузырька поместить чистый кислород, то при комнатной температуре он превратится в жидкость.

100%

— Правда ли, что эти пузырьки графена сначала вам мешали и на них никто не обращал внимания?

— Да, это действительно так.

Для изучения электронных свойств графена мы стараемся получить однородные образцы, и такие пузырьки — это целая проблема, как и в случае с защитной пленкой, от них трудно избавиться.

Однако, если задуматься, почему же они появляются, можно понять, что графен очень хорошо прикрепляется к поверхности кристалла, а там, где присутствует неоднородность в виде пузырька, графен сильно натянут, а значит, он давит на содержимое пузырька, что само по себе интересно, так как создание больших давлений в лабораторных условиях — это отдельная сложная задача.

— Как и кто решил проверить их на прочность?

— Посмотреть на эти пузырьки было идеей Андрея. Затем наш коллега — теоретик и соавтор статьи — сделал первые вычисления, которые, казалось, легко проверить экспериментально. Поскольку на тот момент я много занималась «сборкой» образцов, проверку поручили мне.

— Какое давление выдерживают пузырьки графена?

few articles

— Как уже было упомянуто выше, давление внутри пузырьков может достигать тысяч атмосфер —

это сравнимо с давлением на дне Марианской впадины, для погружения в которую толщина стальных стенок батискафа должна быть около 10 см.

— А насколько важны результаты вашего исследования для повседневной жизни?

— Думаю, в первую очередь нанопузырьки найдут применение в лабораториях. Начиная с того, что, как мы продемонстрировали, они позволяют измерить модуль упругости двумерных материалов под давлением. Заканчивая генерацией водорода как альтернативного источника энергии. 95% водорода сегодня производят с помощью реакции паровой конверсии углеводородов, которая протекает под давлением в десятки атмосфер, и одна из проблем — это очистка получаемого водорода от остальных продуктов реакции. Нанопузырьки способны выполнить обе задачи: обеспечение высокого давления и выделение чистого водорода, ведь атомарный водород легко проходит через графен и другие двумерные материалы, но не пропускает никакие другие вещества.

— В последнее время к графену приковано внимание всех физиков мира. Почему, на ваш взгляд, всем интересен именно графен? Что в нем такого особенного?

— Надо сказать, не только физиков, но и химиков, и биологов. Это действительно уникальный материал. Уникальность — в его простоте, ведь он состоит из атомов всего одного элемента — углерода. Поэтому можно понять и достаточно точно предсказать многие его свойства. Это очень хорошая платформа для проверки многих физических явлений.

Но стоит отметить, что графен открыл дорогу к исследованию огромного набора двумерных материалов, разнообразных по своей структуре и свойствам, среди них изолятор гексагональный нитрида бора, полупроводник дисульфида молибдена и сверхпроводник диселенида ниобия.

— Где может использоваться графен? Еще, может быть, в медицине?

— Да, применение графена в медицине — это одно из активных направлений исследований. В частности, изучаются суспензии наноразмерных листов графена с функциональными группами (например, молекулами лекарств) на поверхности. Из-за маленькой толщины графена такие листы могут легко проникать через мембраны клеток, целенаправленно доставляя лекарства. Перед разработкой реальных медицинских препаратов важно проверить их возможную токсичность, именно это и делают многие наши коллеги из Школы медицины здесь, в Университете Манчестера.

— Как вы оказались в команде Гейма?

— Еще учась в МГУ, я занималась углеродными материалами в лаборатории профессора Александра Образцова, а после появления графена следила за ходом исследований этого материала, и это было очень вдохновляюще. Не питая особых иллюзий, я написала профессору Ирине Григорьевой, жене Андрея Гейма, которая, к моему удивлению, ответила, что у меня неплохое резюме и что у меня есть шанс получить одну из стипендий от Университета Манчестера. Через год я уже работала у них.

— Еще интересно: опишите Гейма как человека. Какой он и каково это — работать с ним в одной команде?

few articles

— Мне сложно судить об Андрее, потому что моим руководителем является Ирина (именно так мы все обращаемся друг к другу — по имени, без отчества).

Могу сказать одно: он работает очень много, семь дней в неделю, и у него действительно есть видение, какие научные задачи решаемы и будут интересны в научном сообществе, а какие — пустая трата времени.

С Ириной я работаю гораздо ближе, она удивительный человек. Начиная с того, что она очень скромная и тактичная, при этом она физик с замечательным научным чутьем. Основной результат статьи — прямое измерение давления в нанопузырьках — это именно ее идея. У нее всегда много интересных идей, но при этом она никогда никого не заставляет, если что-то не получается, она просто делает это сама. Иногда мне кажется, что она способна справиться с любой задачей, мне очень повезло с ней как с руководителем.

Оксид графена — первый двумерный материал, достигший стадии коммерческого применения – Наука – Коммерсантъ

текст Владимир Тесленко, кандидат химических наук

Предыдущая фотография

В НИТУ МИСиС разработана собственная технология производства графена

Фото:
Артем Геодакян/ ТАСС

В НИТУ МИСиС разработана собственная технология производства графена

Фото:
Артем Геодакян/ ТАСС

Следующая фотография

1
/
2

В НИТУ МИСиС разработана собственная технология производства графена

Фото:
Артем Геодакян/ ТАСС

В НИТУ МИСиС разработана собственная технология производства графена

Фото:
Артем Геодакян/ ТАСС

В последние два десятилетия обнаружены или синтезированы многочисленные новые формы углеродных наноматериалов, в том числе фуллерены, углеродные нанотрубки и графеновые слои. Они являются перспективными материалами для многих отраслей наноиндустрии, так как обладают уникальными электронными, электромагнитными, термическими, оптическими и сорбционными свойствами.

Графен — это атомы углерода, собранные в плоскую сетку из сочлененных шестиугольников [02]. Принципиально, что графен имеет именно одноатомную толщину.

Рис. 2 Схематичное изображение графена

Крупнейший производитель графена расположен в Китае. Это компания Ningbo Morsh Technology, основанная в 2012 году. В прошлом году она запустила крупнейшую в мире линию на 300?т/г. графена. Главным потребителем выступила родственная компания Chongqing Morsh Technology, которая использует графен для производства 2 млн шт/г. прозрачных проводящих пленок для мобильных телефонов.

Особенности оксидов графена

Термин «оксиды графена» еще не получил международной дефиниции. Под оксидами графена понимают частицы графена с присоединенными по краям или внутри углеродной сетки кислородсодержащими функциональными группами и/или молекулами. Номенклатура этих групп обширна: гидроксильные, фенольные, карбонильные, карбоксильные, арильные, эфирные, фосфорсодержащие и т.?п. Разновидностью являются оксиды графена, модифицированные полимерами, такими как полиэтиленгликоль, полиэфиры, поливинилы, полиакрилы и т.д. Еще одну группу оксидов графена составляют допированные соединения. В частности, известны оксиды графена, содержащие в своей структуре один или несколько атомов бора, азота, алюминия, фосфора, кремния, серы или же группы на их основе, например меламин, фосфин, силан, полисилоксан, сульфиды и т.д.

Самые красивые оксиды графена получаются при инкорпорации молекулами краун-эфиров [03]. Их в конце 2014 года получили в знаменитом ядерными разработками научном центре США — Окриджской национальной лаборатории (Oak Ridge National Laboratory). Размер и форма полости, сформированной молекулой краун-эфира, зависят от его состава. Поэтому новый материал может сорбировать ионы строго определенного диаметра. Сильные электростатические связи молекул эфира, инкорпорированных в графеновую сеть, открывают заманчивые перспективы в биотехнологиях, для химической сепарации, экстракции металлов, очистки от радионуклидов, рециклинга редкоземельных металлов и хранения данных.

Рис. 3 Структура графена с инкорпорированными молекулами краун-эфира

Вообще оксиды графена по сорбционной емкости значительно превосходят ионообменные смолы на полимерной основе и другие традиционные сорбенты. Это и составляет суть интереса к оксидам графена для создания супер-сорбентов нового поколения.

Сорбционные рекорды оксидов графена могут реализовываться несколькими путями, например абсорбцией; адсорбцией; ионным обменом; физической адсорбцией; хемосорбцией; с установлением ковалентных или же нековалентных связей; с установлением водородных связей; Ван-дер-ваальсовым взаимодействием.

В результате сорбции могут образовываться коллоиды, происходить коагуляция вещества и последующее образование осадков.

Специалистам известны пять основных разновидностей оксидов графена по форме частиц:

Самые необычные — помпоны, то есть сростки лепестков графена в форме помпона или в форме детских шаров из гофрированной бумаги [04]. Они только в прошлом году получены в университете Енсе (Сеул, Южная Корея).

Рис. 4 Электронные фотографии помпонов оксида графена

По степени окисления оксиды графена сильно различаются и могут содержать от 3% до 40% кислорода по массе. Широкие пределы химического состава (с учетом дополнительных легирующих атомов и групп) делают непростой задачу классификации и стандартизации оксидов графена. Тем более что состав может меняться не дискретно, а непрерывно. Однако для коммерческих нужд можно взять опыт классификаций природных алмазов, где международная классификация состоит из 3 тыс. сортов, абсолютно понятных профессионалам.

Коммерчески существенно то, что в 2014 году началось снижение базовых цен на графен и его оксиды вследствие прогресса в промышленных технологиях и расширения производственных мощностей в мире. Около 50 производителей графена и его производных жестко конкурируют, в том числе в ценовой политике. Снижение цен, как заявляют ведущие поставщики, такие как Advanced Chemicals Suppliers (США), Perpetuus Carbon (Англия), Graphenea (Испания), продолжится и в 2015 году. По предположениям специалистов, оно составит не менее 30%. Кроме того, при оптовых поставках предлагаются скидки до 40%. Ценовая доступность оксидов графена, несомненно, повышает их привлекательность для промышленного применения в инновационных секторах.

Сегодня цены на водную эмульсию оксида графена высокого качества находятся на уровне $50/г. В Китае предлагают продукты переменного качества за $20/г. Эти цены сопоставимы с ценой платины и некоторых редкоземельных металлов, которые широко используются в современных технических устройствах. То есть оксиды графена уже преодолели ценовой психологический барьер и могут использоваться в промышленных масштабах.

В США компания National Nanomaterials уже выпустила на рынок коммерческий продукт Graphenol — семейство функциализированных графенов, в том числе оксид графена [рис. 01].

Методы получения оксидов графена

Известны четыре основных метода получения оксида графена. Все они используют окисление кусочков графита в водной среде сильных кислот (например, концентрированной серной кислоты) в присутствии высокоактивных окислителей. За этими методами закрепились названия: Штауденмайера, Хофмана, Броди и Хаммерса. Существует множество их разновидностей. Изобретатели стремятся получить стабильное качество, минимизацию отбраковки и удешевление производства. Так, в РХТУ им. Д.И. Менделеева вьетнамский исследователь Нгуен Хыу Ван в 2014 году предложил двухстадийный метод получения оксида графена без использования сильных окислителей — путем анодного окисления графита в серной кислоте с микроволновым активированием процесса.

Для экзотических форм, например помпонов, разрабатываются отдельные технологии.

Сырье для оксидов графена сравнительно дешево. Промышленные аппараты из коррозионно-стойких сплавов дороги, но не безумно. Инфраструктура производства очевидна — на базе современных химических заводов. Проблема только в технологиях, которые авторами хранятся в строжайшем секрете. Интеллектуальная собственность вносит порядка 90% в рыночную стоимость современных товаров на основе оксидов графена. Но в обозримом будущем интеллектуальная маржа исчезнет. По-видимому, уже скоро стоимость оксидов графена приблизится к стоимости пенопласта и гипсокартона.

Первый двумерный

Оксид графена — это первый двумерный материал, достигший стадии коммерческого воплощения. Образно говоря, он пробивает дорогу другим двумерным материалам, например фосфорену (сетке фосфора), силицену (сетке кремния), силикатену (сетке диоксида кремния), германену (сетке германия), арсинену (сетке мышьяка), а также двумерным полимерам.

Из нано- и микрочастиц оксида графена уже научились делать сантиметровые образцы. Так, недавно китайскими учеными разработан новый материал. Он настолько легок, что удерживается на цветочных лепестках. Материал состоит из оксида графена и лиофилизированного углерода. Эта губчатая материя имеет плотность всего 0,16?мг/см3, что делает вещество самым легким из твердых материалов в мире [05].

Образец губчатой материи на основе оксида графена

Фото: EPA/ ТАСС

Многие эксперты предсказывают графену и оксидам графена феноменальный рост коммерческого потребления. Например, в отчете «Global Graphene Market (Product Type, Application, Geography) — Size, Share, Global Trends, Company Profiles, Demand, Insights, Analysis, Research, Report, Opportunities, Segmentation and Forecast, 2013-2020» авторы предсказывают рост рынка с $20 до $149 млрд, или на 44% в год.

На мировом рынке по активности лидируют такие корпорации, как CVD Equipment Corporation, Graphene Nanochem PLC, Vorbrck Materials, XG Sciences, Haydale Limited, Graphenea, Graphene Laboratories, Bluestone Global Tech, Angstron Material, Inc., ACS Material, LLC.

Обнадеживающие научно-технические перспективы делают графеновый бизнес привлекательным для все большего числа коммерческих структур по всему миру, в том числе в странах БРИКС. Существующие инновационные компании срочно включают графеновые продукты в свои стратегии. Наблюдается рост инвестиций в необходимые основные фонды, растет финансирование НИОКР. Имеет место и рост числа патентов устройств на базе графенов. При этом оксиды графена демонстрируют наибольший рост показателей.

Основными драйверами роста являются: 1) быстрое увеличение числа производителей графена и его производных; 2) растущая адаптация графеновых продуктов различными областями народного хозяйства; 3) все более точная фокусировка НИОКР в области сорбентов на основе оксидов.

В новом законе РФ «О промышленной политике» (подписан президентом в декабре 2014 года) среди других задач сформулирована задача снижения рисков чрезвычайных происшествий в промышленности. Сорбенты на основе графена сюда полностью вписываются.

Области применения — —

человек

Среди различных применений оксидов графена биомедицинские и фармакологические вызывают самый большой интерес, поскольку эти вещества обладают уникальными свойствами селективности. Комбинируя функциональные группы (гидроксильные, эпоксильные, карбонильные и т.д.), разные оксиды графена позволяют осуществлять разнообразные виды взаимодействий с биомолекулами посредством электростатического притяжения, п-п стэкинга (п-п stacking) и водородных связей.

Биомедицинское применение сорбционных свойств оксидов графена — относительно новая область со значительным потенциалом. За последнее десятилетие была проведена большая работа по изучению возможностей использования оксида графена, начиная от поставки лекарств / генов, биологического обнаружения и визуализации, антибактериальных материалов, до использования как биосовместимого каркаса для клеточной культуры.

Одним из методов использования оксида графена является диагностика раковых заболеваний. Уникальные электрические и оптические свойства графена предоставляют возможность обнаружения биомаркеров (индикаторов раковых заболеваний на ранних стадиях). Сенсоры данного типа были разработаны на основе оксида графена, который выступал как сорбент биологических объектов. Создаваемые на базе графена электрохимические устройства способны как детектировать биомаркеры, так и помогать изучать процессы образования активных форм кислорода в живых клетках.

Второй важной областью применения оксида графена является система адресной доставки диагностических и лекарственных средств. Уже осуществлено успешное использование оксида графена с магнитными наночастицами, выступающими в качестве носителей противораковых препаратов, нуклеотидов, пептидов, флуоресцентных агентов. Наиболее актуальным является направление, связанное с адресной доставкой короткоживущих радионуклидов к раковым клеткам, что позволит проводить эффективное направленное безоперационное лечение многих видов рака. Радионуклиды, которые предполагается использовать в сорбционном состоянии на носителях из оксида графена, — это короткоживущие альфа- (213Bi, 225Ac), бета- (90Y, 177Lu) или Оже- (67Ga) излучатели.

Третьим направлением является создание сорбционных биодатчиков на основе оксида графена. В частности, доказано выборочное обнаружение ДНК в растворах. Также было доказано, что оксид графена может доставить абсорбированные олигонуклеотиды в живые клетки для обнаружения биомолекул.

Наконец, оксиды графена способны ускорить рост, дифференцировку и пролиферацию стволовых клеток и, следовательно, весьма перспективны в тканевой инженерии, регенеративной медицине и других биомедицинских областях. Систематическое изучение очень желательно для решения проблем безопасности перед практическим применением графена в биомедицине.

Исследования биомедицинских применений графена расширяются, но пока в основном находятся на начальной стадии. Успехи в этой области — захватывающие и обнадеживающие, но существует и ряд проблем, которые еще должны быть решены. Одной из них является детальное понимание взаимодействия «графен — живая ткань», особенно механизма клеточного поглощения. Такое знание способствует развитию эффективной доставки лекарств, биодатчиков и других применений.

Области применения —

окружающая среда

Преконцентратор

Оксиды графена, а также композиты на их основе — перспективные материалы для контроля окружающей среды (в первую очередь это касается промышленных отходов). В отдельных случаях их можно рассматривать как резервный материал для экстренного обеззараживания воздуха и жидких отходов.

Кислородсодержащие функциональные группы на краях и в плоскости оксидов графена способны как к ковалентным, так и к нековалентным взаимодействиям с различными молекулами. Более того, значительная по величине удельная поверхность оксидов графена позволяет поглощать существенные количества ионов тяжелых металлов и органических специй. Благодаря особенностям приповерхностной химии и разных типов архитектуры конгломератов на основе оксидов графена, имеются многочисленные возможности для селективных каталитических процессов разложения вредных газов на безопасные производные. В этом оксиды графена на порядки превосходят активный уголь, так хорошо себя зарекомендовавший во время двух мировых войн в индивидуальных противогазах и фильтрах убежищ.

В экологическом аспекте оксиды графена в ближайшей перспективе актуальны как преконцентранты трасовых количеств (preconcentration of trace amounts) вредных веществ — в целях мониторинга всех компонентов окружающей среды. Благо больших количеств сорбента и не потребуется, поскольку в последнее время хорошее развитие получил метод так называемой дисперсивной микроэкстракции твердой фазой — dispersive micro-solid phase extraction (DMSPE). Этот метод позволят надежно определять ионы тяжелых металлов в концентрации порядка 1 нанограмма / миллилитр.

В частности, в России и США ведутся разработки способов контроля воды на полях добычи нефти и газа в условиях высокой степени обводненности, в том числе при добыче углеводородов технологиями гидроразрыва пласта (так называемые сланцевая нефть и газ). Предотвращение попадания этих вредных веществ в системы гражданского водоснабжения — важная гуманитарная задача.

Области применения —

индустрия

Индустриальные применения сорбентов на основе оксидов графена также весьма многочисленны.

Это, во?первых, дезактивация зараженных природных и техногенных объектов. Выделение долгоживущих радионуклидов из водных растворов различного состава является важной проблемой, решение которой необходимо как для развития технологий замкнутого ядерного топливного цикла, так и реабилитации территорий, загрязненных радионуклидами. Для России и стран бывшего СССР остро стоят проблемы очистки загрязненных почв, подземных и поверхностных вод и других объектов от радионуклидов (радионуклиды на заброшенных урановых месторождениях, хвостохранилищах). Соответствующие технологии должны быть относительно дешевы, эффективны и позволять перерабатывать значительные объемы водных растворов. В поиске таких технологий изучаются различные материалы, способные эффективно сорбировать радионуклиды. В их числе наночастицы оксидов металлов (гематита, оксида титана, ферригидрита и пр.) и углеродные наноматериалы, в том числе оксид графена, углеродные нанотрубки, наноалмазы.

Во-вторых, это суперчистые помещения для производства электронных компонентов специального назначения. Они требуют минимального наличия примесей в производственных зонах, а это могут обеспечить фильтры на основе оксидов графена.

Сравнительная сорбция ионов урана оксидом графена, бентонитом и активированным углем

В-третьих, тонкие химические технологии могут совершить прорыв за счет уникальных сорбционных свойств оксидов графенов. В частности, речь идет о новых технологиях извлечения редких, рассеянных и радиоактивных металлов, а также золота из бедных источников, в том числе техногенных.

Примером успешных разработок, закрепленных международным патентом, являются сорбенты на основе оксидов графена, разработанные на кафедре радиохимии Химического факультета МГУ им. М.?В. Ломоносова. Работы проведены в кооперации с коллегами из США. По мнению авторов изобретения, такие сорбенты можно использовать в принципиально новой технологии очистки жидкостей, например в атомных электростанциях. Основные ее преимущества — простота и высокая эффективность. В частности, при сорбции ионов урана оксиды графена намного превосходят ближайшие аналоги [рис.03 ].

Технологическая схема получения помпонов из графена

Ультразвуковое сопло испускает микрокапли суспензии, состоящей из наноразмерных чешуек оксида графена. Капли попадают в горячий (160°C) раствор восстановителя в органическом растворителе. В «горячей бане» происходит восстановление оксида графена. Чешуйки графена затем слипаются в форме помпона.

рис. 02 Схема взаимодействия двух пептидов через стадию сорбции одного из них на поверхности оксида графена

Ярким примером применения оксидов графена является исследование сотрудников университета Фучжоу (Fuzhou University, Китай). Сорбционная система на основе оксида графена является недорогим методом определения взаимодействий «белок-белок». Для разработки лекарств на основе пептидов необходимо определять, каким образом связанный с заболеванием белок взаимодействует с пептидами. А для этого необходимо уметь обнаруживать сигнал, свидетельствующий о взаимодействии белков с пептидами. Обычно для этого применяется спектроскопия флуоресцентного резонансного переноса энергии (fluorescence resonance energy transfer (FRET) spectroscopy).

Оксид графена гасит флуоресценцию пептида, меченого пиреновыми фрагментами (звездочка с зеленой цепью), когда пиреновый фрагмент сближается с углеродным слоем (центральный фрагмент рисунка). Однако, когда с пептидом связывается белок, пептид отрывается от слоя оксида графена и флуоресценция возобновляется (розовая звездочка на правом фрагменте).

Исследователи протестировали свой метод на пептиде, который является индикатором ВИЧ-инфекции. Положительный результат обнаружили и для пары пептид и белок — ?-бунгаротоксин (?-bungarotoxin), выделяемый из яда змеи.

Финансирование работ по оксиду графена в РФ осуществляется десятками грантов по нескольким направлениям, например гранты Президента РФ МК-7155.2013.3 и МК-5847. 2014.3; РФФИ N12-03-00533, 12-03-00615, 14-23-01015 и 14-29-04071; в рамках Программы фундаментальных исследований ОХНМ РАН N ОХ2.4; грантами Роснано (соглашение МГУ-06/1) и программой УМНИК и т.д.

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Переключить оглавление

Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии

Графен представляет собой сотовую решетку атомного масштаба, состоящую из атомов углерода.

Графен — одна из форм углерода. Подобно алмазам и графиту, формы (или «аллотропы») углерода имеют разную кристаллическую структуру, что придает им разные свойства. Графен является базовой двумерной (двумерной) формой ряда трехмерных аллотропов, таких как графит, древесный уголь, фуллерен и углеродные нанотрубки.

Термин графен был придуман как комбинация графита и суффикса «-ен» Ханнс-Питером Бёмом, ^[1], который описал однослойную углеродную фольгу в 1962 году. ^[2] Графен подобен сотовая структура или структура «куриной сетки», состоящая из атомов углерода и их связей. Графит представляет собой множество листов графена, сложенных вместе.

Три миллиона листов графена, сложенные в стопку для образования графита, будут иметь толщину всего один миллиметр.

Нобелевская премия по физике за 2010 год была присуждена сэру Андрею Гейму и сэру Константину Новоселову «за новаторские эксперименты в отношении двумерного материала графена». ^[3]

Одним из возможных применений являются графеновые суперконденсаторы.

Международная команда из Манчестерского университета изготовила мембрану из оксида графена. Они показали, что он блокирует многие газы и жидкости, но пропускает воду. Сэр Андре Гейм сказал: «Гелий трудно остановить. Он медленно просачивается даже через оконное стекло толщиной в миллиметр, но наши сверхтонкие пленки полностью блокируют его. В то же время вода беспрепятственно испаряется через них. Материалы не могут вести себя как-то странно. «. ^[4]

Мембраны из графена будут отличными пуленепробиваемыми материалами. Исследования показывают, что слой толщиной в атом поглощает удар лучше, чем сталь. Исследовательская группа предполагает, что объединение графена с одним или несколькими дополнительными материалами для формирования композита может стать шагом вперед. ^[5] ^[6]

1. Внутренняя структура

Внутренняя структура графеновой батареи очень похожа на структуру стандартной литий-ионной батареи. Есть 2 электрода и раствор электролита для обеспечения потока заряда. Разница в том, что один из электродов в батареях на основе графена, в основном катод, заменен гибридным композитным материалом (твердотельный металл + графен), используемым вместо стандартного твердотельного металла ^[7]

2. Преимущества

Меньшая, более тонкая батарея: Графен, являющийся двумерным материалом, представляет собой всего лишь один слой атомов. Чтобы лучше понять это, скажем, что когда вы складываете 3 миллиона слоев графена, вы получаете толщину 1 мм. Это означает, что графен позволит сделать смартфоны тоньше, чем когда-либо, и обеспечит больше места для дополнительной электроники, а также позволит разместить аккумуляторы большей емкости. ^[8]

Более высокая вместимость: Графен имеет более высокую энергоемкость для того же размера по сравнению с литий-ионными батареями. В то время как литий-ионные батареи, как известно, хранят до 180 Втч на килограмм, батареи на основе графена способны хранить до 1000 Втч на килограмм. Таким образом, графеновый аккумулятор того же размера имеет более высокую зарядную емкость, чем литий-ионные или другие обычно используемые батареи. ^[8]

Более быстрая зарядка: Графен является отличным проводником электричества. Его двумерная сотовая структура не оказывает никакого сопротивления потоку электронов. Таким образом, он может быстро заряжаться, а также обеспечивает большую выносливость по сравнению с ионно-литиевыми батареями. ^[7]

Изобретение графена привело к получению множества патентов на его практическое применение. ^[9] В 2013 году счет был:

Китайские организации: 2 204
юридическое лицо США: 1 754
Южнокорейские организации: 1 160
Организации Соединенного Королевства: 54

Южнокорейский гигант электроники Samsung выделяется как компания с наибольшим количеством патентов на графен. ^[9]

↑ л.с. Бём, Р. Сеттон и Э. Штумпп (1994). «Номенклатура и терминология соединений интеркаляции графита». Чистая и прикладная химия . 66 (9): 1893–1901. дои: 10.1351/pac199466091893. S2CID 98227391.
↑ л.с. Бем, А. Клаусс, Г. О. Фишер и У. Хофманн (1962). «Das Adsorbsverhalten sehr dünner Kohlenstoffolien». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . 316 (3–4): 119–127. doi: 10.1002/zaac.19623160303. {{цитировать журнал}} : CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка)
↑ «Объявление Нобелевского фонда». Архивировано из оригинала 23 января 2012 г. Проверено 2 января 2012 г. . {{cite web}} : CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен (ссылка)
↑ BBC Science & Technology News BBC News — Чудо-материал графен может перерабатывать спиртное, говорится в исследовании
↑ Rincon, Paul 2014. Графен обещает создать пуленепробиваемую броню. BBC News Наука и технологии. [1]
↑ Lee, Jae-Hwang et al 2014. Динамическое механическое поведение многослойного графена при проникновении сверхзвукового снаряда. Наука . 346 (6213) 1092-1096. [2]
↑ ^7.0 ^7.1 «Знакомство с графеновыми батареями». AZoNano.com . 2016-12-21. Проверено 30 ноября 2020 г. .
↑ ^8.0 ^8.1 «Сравнение графеновой батареи». Австралийская ассоциация производителей графена . 22 августа 2019 г. Проверено 30 ноября 2020 г. .
↑ ^{9. 0} ^9.1 Шукман, Дэвид 2013. Графен: всплеск патентов свидетельствует о глобальной гонке. BBC News Наука и окружающая среда . [3]

Определение и значение графена — Merriam-Webster

граф·ен

ˈgra-ˌfēn

: чрезвычайно электропроводящая форма элементарного углерода, состоящая из одного плоского листа атомов углерода, расположенных в повторяющейся шестиугольной решетке

Примеры предложений

Недавние примеры в Интернете

Как сообщает Big Think, в начале 2022 года группа исследователей создала в своей лаборатории достаточно сильные электрические поля, чтобы нивелировать уникальные свойства материала, известного как 9. 0163 графен .

Джошуа Хокинс, BGR , 18 сентября 2022 г.

Еще в 2014 году исследователи и инженеры начали рассматривать графен как способ сделать смартфоны еще тоньше.

Джошуа Хокинс, BGR , 28 августа 2022 г.

Когда в 2004 году был разработан графен , ученые, выделившие его, получили Нобелевскую премию, а невероятно прочное сверхтонкое вещество было провозглашено тем, что изменило мир.

Вне Интернета , 6 марта 2019 г.

Графен повышает температуру вашей кожи, не оставляя вас горячими и потными, что обеспечивает превосходную терморегуляцию.

Вне сети , 9 марта 2022 г.

Одна из недавних попыток заключалась в использовании графена и дисульфида молибдена для создания транзистора с наименьшей длиной затвора.

Джон Тиммер, 9 лет0163 Ars Technica , 27 апреля 2022 г.

С другой стороны, есть химическая группа, которая взаимодействует с графеном .

Джон Тиммер, Ars Technica , 27 апреля 2022 г.

Динамическое качество звука Cleer Arc обеспечивается 16,2-мм неодимовыми драйверами, покрытыми графеном и настроенными по индивидуальному заказу.

Марк Воробей, 9 лет0163 Форбс , 17 мая 2022 г.

Оттуда все, что нужно было сделать исследователям, — это произвести графена , чтобы заставить батареи работать.

Джошуа Хокинс, BGR , 1 марта 2022 г.

Узнать больше

Эти примеры предложений автоматически выбираются из различных онлайн-источников новостей, чтобы отразить текущее использование слова «графен». Мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв.

История слов

Первое известное использование

1985 год, в значении, определенном выше

Путешественник во времени

Первое известное использование графен был
в 1985 году

Посмотреть другие слова того же года

Словарные статьи рядом с

графен

графика

графен

-график

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись0003

«Графен». Словарь Merriam-Webster. com , Merriam-Webster, https://www.merriam-webster.com/dictionary/graphene. По состоянию на 8 ноября 2022 г.

Скопировать цитирование

Последнее обновление: 1 октября 2022 г.

Подпишитесь на крупнейший словарь Америки и получите еще тысячи определений и расширенный поиск — без рекламы!

Merriam-Webster без сокращений

инкапсулировать

См. Определения и примеры »

Получайте ежедневно по электронной почте Слово дня!

Тест на часто путаемые слова

Я пошел в магазин ______, чтобы купить поздравительную открытку.

канцелярские товары
стационарный

Проверьте свои знания и, возможно, узнаете что-нибудь по ходу дела.