Графен это что: Уникальное вещество и его применения – Наука

Содержание

GRAPHENE | International Research Journal

Research article

Khvorova N.M.

DOI:

https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.43.052

Issue: № 1 (43), 2016

Published:

2016/25/01

Хворова Н.М.

Бакалавр архитектуры, Российский университет дружбы народов

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ БУДУЩЕГО: ГРАФЕН

Аннотация

В статье приводится краткое описание некоторых современных строительных материалов и подробное описание недавно обнаруженного материала — графена. В статье раскрываются возможности и перспективы использования графена в различных сферах промышленности и указываются его недостатки.

Ключевые слова: графен, кирпич, бетон, новацем, нано-частица.

Khvorova N.M.

Bachelor of architecture, Peoples’ Friendship University of Russia

BUILDING MATERIALS OF THE FUTURE: GRAPHENE

Abstract

The article provides a brief description of some building modern materials and a detailed description of the recently discovered material — graphene. The article reveals the possibilities and prospects for the use of graphene in different spheres of industry and points out its shortcomings.

Keywords: graphene, brick, concrete, novacem, nano-particle.

На сегодняшний день на смену привычным для нас бетону и стали появились новые строительные материалы, которые смогут преобразовать строительную индустрию, и с помощью которых можно будет возводить более устойчивые здания. Несомненно, что эти материалы будут широко применяться в будущем.

К таким материалам относятся графен, нано-частицы, биокирпичи, грибные и шерстяные кирпичи, долговечный и гнущийся бетон, новацем и другие. С помощью этих новых строительных материалов можно возводить более прочные, легкие и более устойчивые здания, которые будут иметь возможность самовосстанавливаться от изнашивания и плохой погоды. [1]

Например, нано-частицы, могли бы использоваться для замены стальных кабелей наиболее прочными углеродными нано-трубками в вантовых мостах. Нано-кварц можно было бы применять в производстве плотных цементных композиционных материалов. Углерод, имеющий сопротивление нано-волокон, можно было бы включить в состав бетонных дорог в снежных областях, нано-двуокись титана помогла бы создать фотокаталитический бетон. Частицы нано-кальцита в изоляторах могли бы защитить конструкции от агрессивных явлений окружающей среды, нано-глины в бетоне — увеличить его пластичность и текучесть, а качество городского воздуха могло быть улучшено, если бы постройки города обрабатывали нано-диоксидом титана. [2]

Обработка нано-частицами фасадов зданий может нейтрализовать переносимые по воздуху загрязнители, поглощать углекислый газ и очищать воздух вокруг каждого строения. Обычный бетон можно заменить гнущимся, который под давлением образует микротрещины, автоматически запечатывающиеся при добавлении воды и углекислого газа, гарантировав, что здание простоит дольше. Новацем – “углерод отрицательная” цементная замена, изготовленная из силиката магния, может применяться для поглощения углекислого газа из атмосферы.

Но подробно стоит остановиться на одном из этих материалов, а именно графене. Это совершенно удивительный и необычный материал, его свойства уникальны и разнообразны. Графен добывают из обычного графита. Как графит, графен полностью состоит из атомов углерода, один миллиметр графита содержит приблизительно три миллиона слоев графена. Но графит – это трехмерная кристаллическая структура. Графен же – двухмерный кристалл, состоящий из большого количества атомов. Атомы углерода идеально распределены в шестиугольной сотовидной структуре толщиной всего 0,3 нанометра с расстоянием между атомами в 0,1 нанометр.

Графен проводит электричество лучше, чем медь. Он в 200 раз прочнее, чем сталь, но в шесть раз легче. Он практически прозрачный, так как поглощает только два процента света. Он не пропускает газы, даже такие легкие как водород или гелий. [3]

Из графена можно создавать тонкие как бумага солнечные батареи. А краска, состоящая из смеси порошка известняка и графена, позволяет зданию лучше противостоять изменениям окружающей среды таким, как высокие и низкие температуры, которые могут привести к износу здания.

Однако, согласно результатам некоторых исследований, существуют определенные недостатки использования графена. Например, он становится более изменчивым под воздействием воды. Так, при использовании графена в водах озер или рек, существует вероятность того, что его частицы нанесут сильный урон окружающей среде. Но, безусловно, графен имеет большие перспективы. Его можно использовать в электронике, строительстве, медицине, космонавтике. Например, графен может стать прекрасным детектором вредных для здоровья газов и отравляющих веществ.

Уже создан первый образец мобильного телефона с экраном из графеновой пленки, прошитой металлическими волокнами. Такой экран не разобьется и даже не потрескается, если телефон уронить. Из такого материала можно изготавливать даже космические скафандры.

Своей очереди ждут пластмасса, обладающая электропроводностью, графеновая пудра для электрических аккумуляторов, контейнеры для длительного хранения пищевых продуктов, сверхпрочные медицинские имплантаты, прозрачные покрытия для мониторов и другие чудо-материалы будущего.

Литература

Leon Gettler Building materials of the future [Электронныйресурс] //The fifth estate, 2014 — . – Режим доступа : http://www.thefifthestate.com.au/innovation/engineering/green-mashup-building-materials-of-the-future/65410, свободный . – Green MashUP: building materials of the future.

Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. – М.: Изд- во «Академия», 2005. – 187 с.

Губин С. П., Ткачев С. В. Графен и родственные наноформы углерода. – М.: Изд-во «Либроком», 2012. – 104 с.

References

Leon Gettler Building materials of the future [Jelektronnyjresurs] //The fifth estate, 2014 — . – Rezhim dostupa : http://www.thefifthestate.com.au/innovation/engineering/green-mashup-building-materials-of-the-future/65410, svobodnyj . – Green MashUP: building materials of the future.

Andrievskij R.A., Ragulja A.V. Nanostrukturnye materialy. – M.: Izd- vo «Akademija», 2005. – 187 s.

Gubin S. P., Tkachev S. V. Grafen i rodstvennye nanoformy ugleroda. – M.: Izd-vo «Librokom», 2012. – 104 s.

Вакцина от Pfizer-BioNTech содержит 99% оксида графена

Проверка фейков в рамках партнерства с Facebook

В сети распространяют информацию о том, что испанские исследователи поместили вакцину от Pfizer-BioNTech под электронный микроскоп и якобы обнаружили, что она содержит 99% оксида графена. Утверждают, что вакцина якобы не является эффективной и не содержит генетического материала. Добавляют, что графен является магнитным и может оседать в мозге, воздействуя на передачу нейронов и усиливая принятые частоты.

Скриншот публикации

Объясняем, что не так. Ранее этот тезис опровергали независимые фактчекеры с Factcheck.kz и Neutral.

Впервые фейк появился в испаноязычном сегменте Facebook, позже его начали распространять в Испании, России, Казахстане и Южной Корее. Определенная группа людей из Университета Альмерии якобы проанализировала состав вакцин и обнаружила в них оксид графена.

Оксид графена — это одноатомный слоистый материал, полученный в результате окисления графита. Частицы графена могут быть опасным при вдыхании.

Исследование состава вакцины заказал сотруднику Университета Альмерии глава группы в Telegram, которая регулярно распространяет антивакцинаторские теории заговора, и является одним из главных испанских представителей антивакцинного движения в Испании.

Автор отчета сравнил изображения, полученные с помощью электронной микроскопии. Одно из изображений — из образца оксида графена, другое — с жидкости, которая, согласно документу, может быть вакциной Pfizer-BioNTech, хотя происхождение и отслеживание продукта неизвестны. Таким образом автор пришел к выводу, что в вакцине якобы является оксид графена.

Университет Альмерии заявил, что не совершал такого исследования, и сообщил, что оно не является научным.

Врач Пак Чон Бо (Dr Park Jong-bo), исследователь из Biographene, компании, занимающейся разработкой препаратов на основе графена, 20 июля 2021 сообщил AFP, что на рынке нет вакцин на основе оксида графена. Он также заявил, что вакцины, которые используются в настоящее время, состоят из слоев фосфолипидов, пептидов или нуклеиновых кислот, и оксид графена не входит в эти категории.

Профессор Хонг Бен Хи (Hong Byung-hee), эксперт по наноматериалам из Сеульского национального университета, отметил, что графен тестируется для биомедицинских целей, в том числе и для вакцин, но эти исследования все еще находятся в экспериментальной фазе, и они станут коммерчески доступными только после клинических испытаний.

Мэтью Диазио (Matthew Diasio), научный сотрудник Конгресса по науке и технике Американского химического общества сообщил, что жидкости, содержащие графен или оксид графена в любой значительном количестве, является темно-коричневыми или черными. По его словам, если бы на снимках был даже 1% графена или оксида графена (в заявлении указано, что их 99,9%), жидкость была бы черной или, по крайней мере, темной.

Вакцины от Pfizer-BioNTech, Moderna, AstraZeneca, Johnson & Johnson, CanSino и Sinovac являются прозрачной или желтоватой жидкостью.

Компания Pfizer сообщила Reuters, что их вакцины не содержат оксида графена. Это химическое соединение также не является компонентом ни одной из широко доступных в мире вакцин против COVID-19.

Вакцины против COVID-19 от Pfizer-BioNTech, Moderna, AstraZeneca, Johnson & Johnson, CanSino и Sinovac не имеют в составе оксид графена.

Графен — это двумерная форма кристаллического углерода, или один слой атомов углерода, который образует сотовую (шестиугольную) решетку, или несколько соединенных слоев этой сотовой структуры. Графен является немагнитным, но при сложении и скручивании графен может развивать редкую форму магнетизма. Безосновательно утверждать, что графен может оседать в мозге, воздействуя на передачу нейронов и усиливая принятые частоты.

Напоминаем, что вакцина от Pfizer-BioNTech по типу является мРНК вакциной, она безопасна и эффективна.

Что такое графен — Graphenano Nanotechnologies

Двумерный

Каждый слой толщиной в один атом

Прочный

В 200 раз прочнее конструкционной стали Гибкий

Растягивается до 20% своей длины без образования дефектов

Проводящий

Термический и электрический, лучше, чем у меди

Биосовместимый

Имеет непосредственное применение в медицине

Экологически чистый

Это чистый углерод, такой же, как графит

ГРАФЕН

Графен представляет собой двумерный материал атомного масштаба, состоящий из одного слоя атомов углерода, имеют высокий уровень когезии за счет гибридизационных связей sp ² и расположены на однородной поверхности, слегка волнистой, с внешним видом, похожим на сотовую решетку из-за ее шестиугольной конфигурации. Графен является аллотропной формой углерода, такой как графит или алмаз. Таким образом, один миллиметр графита содержит три миллиона слоев графена.

Это самый прочный материал, известный в природе, прочнее конструкционной стали с такой же плотностью и даже тверже алмаза, и в то же время его толщина варьируется от 1 до 10 атомов углерода. Из-за своей тонкости этот материал считается двухмерным; это единственный материал, который может оставаться стабильным при толщине всего в один атом.

Он эластичен и гибок, графен также обладает отличной электро- и теплопроводностью. Это позволяет рассеивать тепло и выдерживать интенсивные электрические токи без нагрева. Он практически прозрачен, водонепроницаем и настолько плотен, что сквозь него не проходит даже гелий. Он также обладает многими другими качествами, такими как высокая подвижность электронов — свойство, которое сделает его особенно интересным в будущем для потенциального использования в быстрых наноустройствах.

Графен обладает невероятными механическими, электронными, химическими, магнитными и оптическими свойствами, и по этой причине он является одним из наиболее изученных материалов на данный момент. Кроме того, графен — это чистый углерод, широко распространенный в природе и экологически чистый.

По всем этим причинам графен очень перспективен для тысяч приложений в самых разных областях. Он может заменить основные материалы, такие как кремний, в течение следующего десятилетия. Спектр возможностей его применения настолько широк и разнообразен, что может привести к технологической революции.

Открыт в 2004 году Константином Новоселовым и Андреем Геймом, лауреатами Нобелевской премии по физике 2010 года.

Он двумерный и в 100 000 раз тоньше человеческого волоса.

Это самый прочный природный материал, в 200 раз прочнее конструкционной стали той же плотности.

Его труднее поцарапать, чем алмаз.

Эластичный и более гибкий, чем углеродное волокно.

Имеет ту же плотность, что и углеродное волокно, но в 5 раз легче алюминия. Лист графена площадью 1 квадратный метр весит всего 0,77 миллиграмма.

Водонепроницаемый, отталкивающий воду и коррозию.

Химически инертен, не вступает в реакцию с кислородом воздуха и не окисляется.

У него большая удельная поверхность (SSA) 2600 м ² /г, поэтому одного грамма достаточно, чтобы полностью покрыть футбольное поле.

Он настолько плотный, что через него не проходит даже гелий. Однако он пропускает водяной пар, который испаряется с такой же скоростью, как если бы вода находилась в открытом сосуде.

Практически прозрачен для света, так как оптическое поглощение одного слоя графена составляет всего ~2,3% в видимом спектре.

Обладает высокой тепло- и электропроводностью, большей, чем у меди или серебра.

Он меньше нагревается при переносе электронов (меньший эффект Джоуля) и потребляет меньше электроэнергии, чем кремний, для той же задачи.

Работает как умножитель частоты, что позволяет работать на высоких тактовых частотах.

Устойчив к ионизирующему излучению, поэтому применим в таких областях, как здравоохранение (системы лучевой терапии и т.д.).

Биосовместим и нетоксичен для биологических клеток.

Обладает бактерицидным действием, но способствует росту клеток. В нем не развиваются бактерии, поэтому его можно использовать в биомедицине или пищевой промышленности.

Может вступать в химическую реакцию с другими веществами с образованием новых соединений с альтернативными свойствами, открывая неограниченный диапазон областей применения.

Дополнительная информация в этом PDF-файле

ГРАФЕН

Графен представляет собой двумерный материал атомного масштаба, состоящий из одного слоя атомов углерода, которые имеют высокий уровень когезии за счет гибридизационных связей sp ² и расположены на однородной поверхности, слегка волнистой, похожей на сотовую решетку из-за ее шестиугольной конфигурации. Графен является аллотропной формой углерода, такой как графит или алмаз. Таким образом, один миллиметр графита содержит три миллиона слоев графена.

Открыт в 2004 году Константином Новоселовым и Андреем Геймом, лауреатами Нобелевской премии по физике 2010 года.

Он двумерный и в 100 000 раз тоньше человеческого волоса.

Это самый прочный природный материал, в 200 раз прочнее конструкционной стали той же плотности.

Его труднее поцарапать, чем алмаз.

Эластичный и более гибкий, чем углеродное волокно.

Водонепроницаемый, отталкивающий воду и коррозию.

Химически инертен, не вступает в реакцию с кислородом воздуха и не окисляется.

Обладает высокой тепло- и электропроводностью, большей, чем у меди или серебра.

Работает как умножитель частоты, что позволяет работать на высоких тактовых частотах.

Биосовместим и нетоксичен для биологических клеток.

Больше информации в этом PDF-файле

Графен — новый чудо-материал | Физика

Молекула бесценна, но дело не в цене – несколько сотен долларов за килограмм. Ценность заключается в его потенциале. Молекула, о которой идет речь, называется графен, и ЕС готов выделить на нее 1 миллиард евро (1,3 миллиарда долларов) в период с 2013 по 2023 год, чтобы выяснить, сможет ли она преобразовать ряд секторов, таких как электроника, энергетика, здравоохранение и строительство. Согласно Scopus, библиографической базе данных, с 2005 года о графене было написано более 8000 статей9.0003

Как следует из названия, графен извлекается из графита, материала, используемого в карандашах. Как и графит, графен полностью состоит из атомов углерода, а 1 мм графита содержит около 3 миллионов слоев графена. В то время как графит представляет собой трехмерную кристаллическую структуру, графен представляет собой двумерный кристалл толщиной всего в атом. Углерод идеально распределен в форме шестиугольных сот толщиной всего 0,3 нанометра с расстоянием между каждым атомом всего 0,1 нанометра.

Эта простота со 100% чистым углеродом придает графену некоторые замечательные свойства, очень близкие к расчетным теоретическим, как отмечают авторы «Дорожной карты для графена», опубликованной в журнале Nature в прошлом году.

Графен проводит электричество лучше, чем медь. Он в 200 раз прочнее стали, но в шесть раз легче. Он почти идеально прозрачен, так как поглощает всего 2% света. Он непроницаем для газов, даже таких легких, как водород или гелий, и, если этого недостаточно, на его поверхность можно добавить химические компоненты, чтобы изменить его свойства.

«Графен — это платформа, похожая на шахматную доску, на которую можно ставить любые пешки. Тонкость заключается в поиске правильных позиций. В его простоте есть настоящая красота», — объяснил Винсент Бушиа из Института Нееля. в Гренобле, часть Национального центра научных исследований (CNRS). «Будущее за карандашным графитом!» — сказала Анник Луазо из Национального управления аэрокосмических исследований и исследований (ONERA), придумывая лозунг. Она является представителем Франции в исполнительном офисе Graphene Flagship, исследовательского консорциума, финансируемого ЕС в течение следующих 10 лет.

Проект был официально запущен в прошлом месяце. «Мы уже многому научились, но в определенных ситуациях могут появиться новые результаты — только мы еще не знаем, какие именно», — сказал Марк Гербиг, другой исследователь CNRS, работающий на кафедре физики твердого тела в Университете Париж-Юг Орсе.

Этот чудо-материал прошел долгий путь. Теоретически считалось, что такая двумерная структура нестабильна и поэтому лучше скручивается, как это наблюдалось в 1990-х годах с углеродными нанотрубками.

В 2004 году два ученых, родившихся в России, Андрей Гейм и Константин Новоселов, вместе с другими опубликовали первые электронные измерения, доказывающие, что они выделили графен. Они удалили углеродные чешуйки из графита с помощью кусочков липкой ленты, что в конечном итоге привело к получению Нобелевской премии по физике в 2010 году.

-мерное пространство и небольшие поверхностные флуктуации, подобные волнам, стабилизируют кристалл», — сказал Гербиг. Эксперименты быстро подтвердили чудесное поведение этого нового материала, которое можно объяснить своего рода морем электронов на поверхности, которые ничто не может остановить и которые не взаимодействуют друг с другом. Как будто электроны не имеют массы и движутся со скоростью в 300 раз медленнее скорости света. Математическое уравнение, описывающее их, ближе к уравнению для высокоэнергетических частиц, чем для твердого вещества, отсюда и такие выдающиеся характеристики, которые предполагают так много потенциальных применений.

Будучи прозрачным и хорошим проводником, графен может заменить электроды из индия, используемые в сенсорных экранах. Поскольку графен легкий, его можно интегрировать в композитные материалы, чтобы исключить воздействие молнии на фюзеляжи самолетов. Он также водонепроницаем и идеально подходит для использования в резервуарах с водородом.

Поскольку ничто не может остановить электроны, графен нельзя «выключить», поэтому теоретически он мало применим в транзисторах, которые являются ключевыми компонентами современной электроники. Однако ведутся исследования способов создания искусственной запрещенной зоны, которая позволила бы ее отключить и, следовательно, использовать для этой цели.

Европейский консорциум решил сосредоточиться на ряде приложений. «Наша цель — поддержать инновации в Европе, а также создать сеть специалистов, контактирующих с компаниями для долгосрочных проектов НИОКР», — сказал Стефан Рош, ответственный за один из разделов проекта и исследователь Каталонского института Нанонаука и нанотехнологии в Барселоне.

Кусочек графенового аэрогеля весом всего 0,16 миллиграмма на кубический сантиметр помещают на цветок. Фотография: Лонг Вэй/EPA

Основные шаги в этом процессе уже начаты. Несколько новых компаний уже производят графен, в основном для лабораторий, с использованием различных технологий. «Исторический» с липкой лентой был заменен химическим пилингом. Альтернативой является использование углеродно-кремниевой подложки, которую нагревают для удаления атомов кремния, оставляя на поверхности слой графена. Еще один метод заключается в размещении углерода на поверхности меди, который после нагревания катализирует реакцию образования графена. Команда из Университета Райса в США даже использовала ногу таракана в качестве источника углерода.

В Европе лидерами являются Applied Graphene Materials (AGM) в Великобритании и Avanzare и Graphenea в Испании. «Если мы хотим, чтобы сегодня графен стал эквивалентом кремния в микроэлектронике, важно контролировать материал и его качество», — сказал Этьен Кенель из Французской комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии, отвечающий за энергетический аспект Graphene Flagship. который также работает со специалистами-производителями.

Промышленные гиганты тоже в деле. IBM выпустила несколько прототипов электронных компонентов, а Samsung выпустила плоский экран (диагональю 70 см) с графеновыми электродами. Производитель теннисных ракеток Head использовал чемпионов по теннису Новака Джоковича и Марию Шарапову для продвижения ракеток, изготовленных из графена. BASF и Daimler-Benz разработали концептуальный электромобиль под названием Smart Forvision, в котором графен используется в проводящем электронном текстиле. В 2012 г. компания BASF подготовила отчет о будущем графена, прогнозируя объем рынка в 1,5 млрд долларов в 2015 г. и 7,5 млрд долларов в 2025 г.

Само собой разумеется, что Китай также участвует в гонке: в Европе опубликовано 2600 статей. И с более чем 2200 патентами она превзошла Европу и США.

Прошлым летом один стартап, Bluestone Global Tech, объявил о партнерстве с производителем мобильных телефонов, чтобы в ближайшие месяцы на китайском рынке появились первые сенсорные экраны на основе графена. Тем не менее, массовые приложения пока не разрабатываются.

«Людям продают графен, который на самом деле является графитом, только дороже», — сказал Марк Монтиу из исследовательского центра CEMES в Тулузе на конференции по композитным материалам на основе графена, состоявшейся в Париже в начале этого года. Строго говоря, графен однослойный, но производственные процессы могут создавать стопки из нескольких слоев. Когда создается более 10 слоев, свойства сильно меняются и больше напоминают графит, чем графен. «На сегодняшний день графен не полностью превосходит углеродные нанотрубки», — сказал Монтиу. По словам Луазо, «в композитах необходимо, чтобы молекулы углерода, графена или нанотрубок «соприкасались» друг с другом, чтобы быть проводящими. Это проще для удлиненных нанотрубок, чем для графена в форме чешуек, что объясняет разницу». Разработка композитного материала занимает много времени, и нанотрубки имеют то преимущество, что они являются более зрелым материалом. Исследователи нанотрубок не были рады появлению графена, который привлек внимание и финансирование.

Тем не менее, накопленный опыт работы с нанотрубками очень полезен для ускорения работы над графеном. «На производство первых транзисторов с нанотрубками ушло шесть лет, — сказал Луазо. «С графеном мы провели первые электрические измерения за год».

Что касается медицинского применения, то знание одного материала служит для другого. Важный аспект европейского проекта посвящен тому, как защитить людей, работающих с графеном, а также конечных пользователей, в дополнение к исследованию возможных медицинских применений. «В настоящее время у нас есть исследования, показывающие отсутствие эффекта, в то время как другие указывают на потенциальный риск», — сказал Альберто Бьянко, руководитель отдела исследований CNRS в Институте молекулярной и клеточной биологии в Страсбурге, который является соруководителем европейского проекта по вопросам здоровья и окружающей среды.

На самом деле, как и в случае с углеродными нанотрубками, необходимо учитывать значительное разнообразие типов графена. Размер, безусловно, имеет значение, но не менее важно и химическое состояние. Молекула может быть окислена в большей или меньшей степени или содержать различное количество остаточных примесей в результате синтеза графена или построения его слоев. Однозначного ответа нет. В статье, опубликованной в апреле в Angewandte Chemie, научном журнале Немецкого химического общества, Бьянко процитировал несколько противоречивых исследований, некоторые из которых обнаружили токсическое воздействие на микроорганизмы, а другие нет. Также ничего не известно о том, как графен может повредить клетки. Прорезает ли графен клеточную стенку перпендикулярно или покрывает ячейку?

«Одно из оптимистичных замечаний заключается в том, что химия может позволить нам модулировать биологическую активность этого наноматериала», — сказал Бьянко. Например, связывая различные химические группы, можно сделать графен более или менее растворимым или направить его на заданную терапевтическую цель. Поэтому требуется дополнительная работа.