Новоселов графен в домашних условиях: Как получить графен в домашних условиях (ВИДЕО)

Графен в домашних условиях — Хочу все знать!

lumpместный житель03.09.16 17:05

NEW 03.09.16 17:05 

в ответ lump 03.09.16 17:03

#21 

Ostiпатриот03.09.16 17:14

NEW 03.09.16 17:14 

в ответ lump 03.09.16 17:03, Последний раз изменено 03.09.16 17:14 (Osti)

А ионистор-то тут каким боком? Там по определению графену делать нечего. Там необходимы объёмные электроды — источники ионов.

Я только объясняю Вам свои обязанности, но не ограничиваю Ваших прав! (C)

#22 

lumpместный житель03.09.16 17:28

NEW 03.09.16 17:28 

в ответ Osti 03.09.16 17:14, Последний раз изменено 07.09.16 17:08 (lump)

и конденсаторы и ионисторы сверхбольшой ёмкости появятся вскоре

вместо окисла алюминия на графен будут напылять слой изолятора

дальше или рулон или пакет пластин из графена

http://scorcher. ru/journal/art/art2359.php

http://energy.tubor.ru/index.php/novosti/novos…

#23 

Ostiпатриот03.09.16 17:49

NEW 03.09.16 17:49 

в ответ lump 03.09.16 17:28

Почитайте про устройство ионистора. Это вовсе не конденсатор. Это скорее уже аккумулятор. Нечто между. Для большой ёмкости нужна большая масса «дифундирующего» в твёрдый электролит материала электрода (серебро чаще всего)

Я только объясняю Вам свои обязанности, но не ограничиваю Ваших прав! (C)

#24 

lumpместный житель03.09.16 18:44

NEW 03.09.16 18:44 

в ответ Osti 03.09.16 17:49, Последний раз изменено 05.09.16 13:16 (lump)

Испанская компания Graphenano в феврале представила в Мадриде
графен-полимерные аккумуляторы,

которые должны позволить электромобилям
иметь запаса хода на уровне бензиновых двигателей.

Старт продаж
аккумуляторов запланирован на конец 2016 года.

Стоит отметить, что на сайте пока представлены варианты

аккумуляторов только для велосипедов, мотоциклов и домашнего
электроснабжения, однако в рамках

презентации было подробно рассказано
именно об эффектах применения графен-полимерных аккумуляторов

в
автомобилестроении.

Как заявляет компания,
графен-полимерный аккумулятор может заряжаться за треть времени от
продолжительности

зарядки литий-ионного, а в режиме быстрой зарядки —
всего за пять минут. Удельная емкость нового

аккумулятора составляет
1000 Вт*ч/кг при напряжении 2,3 В (у литий-ионных емкость приблизительно

составляет 200 Вт*ч/кг). При этом, как сообщает портал
NextBigFuture.com, крупнейшие экспертные

организации в сфере
безопасности промышленных изделий TÜV и Dekra уже провели независимую

экспертизу новых источников энергии и подтвердили, что графен-полимерные
батареи безопаснее

и не склонны к возгораниям и взрывам, в отличие от
литий-ионных.

Так, по расчетам компании,
электромобиль Renault Zoe, оснащенный графен-полимерным аккумулятором

взамен литий-ионного, сможет проехать без подзарядки 637 вместо 210 км,
Tesla Model S – 1013 вместо 334 км.

пока из описаний неясна конструкция графенового акк.

https://cont.ws/post/233328

#25 

jekapar02Я хороший мальчик04.09.16 02:08

NEW 04.09.16 02:08 

в ответ lump 02.09.16 13:08

атомы оксида графита

А мне отсюда стало скучно. А ещё про нанотрубки: Bayer (тот кусок, что теперь Covestro) уже несколько лет пытается донести их до лакокрасок. Всё красиво, всё работает в лаборатории…но вот их промышленное производство не хочет налаживаться.

Рассмеши Богов, и они непременно рассмешат тебя в ответ

#26 

lumpместный житель04.09.16 15:00

NEW 04. 09.16 15:00 

в ответ jekapar02 04.09.16 02:08

н п

#27 

Ostiпатриот04.09.16 15:16

NEW 04.09.16 15:16 

в ответ lump 04.09.16 15:00, Последний раз изменено 04.09.16 15:17 (Osti)

Опа! А чего это вы нецензурно выражаетесь и порнографию вывешиваете. П@трик — это матюк. А фильмы от него — порно!

Я только объясняю Вам свои обязанности, но не ограничиваю Ваших прав! (C)

#28 

lumpместный житель04.09.16 15:36

NEW 04.09.16 15:36 

в ответ Osti 04.09.16 15:16

#29 

zhyksстарожил04.09.16 15:56

NEW 04.09.16 15:56 

в ответ lump 04. 09.16 15:36

Видимо и с присуждением нобелевских премий тоже есть проблемы. Собственно, почему бы нет? Ну если нет однозначного кандидата по какой номинации, не присуждайте в этом году. Зачем дискредитировать ?

#30 

lumpместный житель04.09.16 19:01

NEW 04.09.16 19:01 

в ответ Osti 04.09.16 15:16, Последний раз изменено 04.09.16 19:12 (lump)

что показывает Петрик ? что он смешивает ?

Вот известные опыты — «угольная змея»

#31 

lumpместный житель04.09.16 21:49

NEW 04.09.16 21:49 

в ответ lump 04.09.16 19:01, Последний раз изменено 04.09.16 21:53 (lump)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%. ..

вот что-то , и вроде можно в оптический микроскоп разглядеть

#32 

lumpместный житель04.09.16 23:15

NEW 04.09.16 23:15 

в ответ lump 04.09.16 21:49, Последний раз изменено 04.09.16 23:24 (lump)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%…

Методы получения графена разделяют на три класса по возможным областям применения^[1]:

1. композитные материалы, проводящие чернила и т. п.;
2. графен низкого качества для электронных приложений;
3. графен высокого качества для электронных приложений.

Для первого класса, обычно получаемого химическим расщеплением,
характерны размеры графена в сотни

нанометров, а восстановленные
химическими методами из оксидов графена и графита плёнки имеют размер

порядка 100 микрон. Такие кристаллы не подходят для транспортных
измерений, так как их подвижность низка,

но их можно производить в больших количествах. Для третьего класса методов, в которые включается и

механическое расщепление
размеры монокристаллов составляют около миллиметра и образцы
применяются

в исследовательских лабораториях благодаря высокой
подвижности носителей тока. Для этого класса методов

не существует
массового производства. Второй класс
методов получение графена занимает промежуточное

положение как по
размерам монокристаллов, так и по подвижности, благодаря чему часто
используется в

лабораториях и обладает потенциалом для применения в
промышленности^[1].

http://gizmod.ru/2013/02/05/grafen-s-chem-ego-…

Исследования графена, как и разработка виртуального мозга, получат от
Евросоюза денежную поддержку в размере

1 миллиарда евро. Такой выбор
обусловлен тем, что в ближайшие десять лет исследование материала,
который десять

лет назад известен не был, будет очень полезным.

#33 

lumpместный житель04. 09.16 23:37

NEW 04.09.16 23:37 

в ответ lump 04.09.16 23:15

http://www.stepandstep.ru/catalog/learn-as/117…

Итак, как же изготовить графен в домашних условиях?

1. Для создания и наблюдения самого тонкого материала на нашей планете
   вам понадобятся чистые условия (например, физико-химическая лаборатория,
   хотя подойдет и обычная комната с хорошей вентиляцией), чистые руки,
   желательно в перчатках, и чистые помыслы ☺.
2. Сначала подготовьте подложку, на которую вы будете помещать графен
   для наблюдения в микроскопе. Для этого нужно взять кремниевую подложку
   с естественным оксидом на поверхности, которую перед исследованием
   следует очистить. Лучше всего для этого подойдет раствор соляной кислоты
   и перекиси водорода в соотношении 1:3. Поместите пластину в раствор на
   30 секунд, а затем просушите сжатым азотом.
3. Приложите отслоенный кусочек графита к ленте-скотч, используя
   пинцет. Аккуратно сложите ленту пополам, накрыв графит липкой стороной.
   Несильно прижмите ленту к графиту с обеих сторон и неторопливо раскройте
   скотч, чтобы можно было наблюдать расслоение графита на две части.
4. Повторите предыдущий этап раз десять. Чем тоньше будут становиться слои графита, тем сложнее будет это делать.
5. Очень осторожно поместите ленту-скотч с графитом на поверхность
   кремниевой подложки. Используя пластиковый пинцет, удалите воздушные
   пузырьки между лентой и подложкой. Пройдитесь по поверхности образца
   пинцетом, несильно его придавливая к подложке в течение десяти минут.
   Затем очень медленно снимите ленту, придерживая подложку.
6. Поместите ваш образец под 50-, а лучше 100-кратную линзу микроскопа.
   Вы увидите множество графитовых «чешуек» разных размеров и формы,
   переливающихся всеми цветами радуги. Если вам повезет, вы заметите
   графен: почти прозрачную, кристаллической формы «чешуйку», бесцветность
   которой будет сильно отличаться от ярких цветов «толстых» графитовых
   собратьев.
7. А вот ссылка. где российский ученый, нобелевский лауреат Константин
   Новоселов показывает как получить графен в домашних условиях самому http://www. rian.ru/video/20101102/291610704.html.

#34 

lumpместный житель06.09.16 20:58

06.09.16 20:58 

в ответ lump 04.09.16 23:37, Последний раз изменено 08.09.16 12:08 (lump)

миссия Tesla Motors состоит в том, чтобы ускорить переход всего мира на чистый электрический транспорт.

Главное, почему электромобили до сих пор стоят дороже бензиновых машин — это дороговизна литий-ионных

батарей. Это самое важное, что пока сдерживает массовое распространение электрокаров.

Тем не менее, миссия Tesla Motors постепенно воплощается в жизнь.
Согласно последнему отчёту Международного

энергетического агентства,
продажи электромобилей стремительно растут. В 2015 году по всему миру
было продано

более 550 000 штук (+70%), так что общее количество
электромобилей на дорогах выросло до 1,25 млн.

Самое интересное происходит с аккумуляторами. С 2008 года стоимость
батарей упала в четыре раза, а энергетическая

плотность выросла в пять
раз. Tesla обещает, что после запуска Гигафабрики цены сильно упадут.

В отчёте есть ещё несколько интересных фактов. Например, по
количеству проданных электромобилей лидирует Китай,

на втором месте —
США, а вот по доле электромобилей на авторынке впереди с огромным
отрывом Норвегия (23%),

на втором месте — Нидерланды (почти 10%).

Кроме Норвегии и Нидерландов, рыночный барьер в 1% электромобили
взяли ещё в пяти странах: Швеции, Дании,

Франции, Китае и
Великобритании. Кстати, буквально несколько дней назад Норвегия объявила о планах

полностью перейти на электрический транспорт к 2025 году. Стало известно, что Четыре крупнейших политических

партии страны достигли принципиального соглашения о необходимости запрета продаж транспортных средств,

использующих дизельный и бензиновый двигатели.

http://altenergiya.ru/accumulator/batarei-elek. ..

#35 

tanuna_0коренной житель06.09.16 22:45

NEW 06.09.16 22:45 

в ответ lump 04.09.16 23:15

Такой выбор обусловлен тем, что в ближайшие десять лет исследование материала, который десять лет назад известен не был, будет очень полезным.

Да? А лауреат утверждает что был. И даже в начале прошлого века, пока другие революциями да гражданскими войнами и т.п. социальными экспериментами увлеченно занимались.

#36 

lumpместный житель07.09.16 15:12

NEW 07.09.16 15:12 

в ответ tanuna_0 06.09.16 22:45, Последний раз изменено 07.09.16 16:11 (lump)

А лауреат утверждает что был. И даже в начале прошлого века

———————————————————————————————-

в принципе это неважно . А важно появление дешёвых листов графена измеряемых сотнями кв. километров

именно это изменит мир

мы будем покупать графен рулонами , как обои и, вероятно, он вскоре вытеснит даже оконное стекло

из нашего обихода

понятно , что корпуса автомобилей и велосипедов будут тоже из графена или из композита на его основе

#37 

lumpместный житель07.09.16 15:50

NEW 07.09.16 15:50 

в ответ lump 07.09.16 15:12, Последний раз изменено 07.09.16 16:23 (lump)

https://geektimes.ru/post/243115/

http://masterok.livejournal.com/369691.html

http://4pda.ru/2015/12/06/261821

#38 

lumpместный житель07.09.16 18:13

NEW 07.09.16 18:13 

в ответ lump 07. 09.16 15:50

купить графен для экспериментов

http://www.akkolab.ru/ru/products/graphene.htm…

#39 

lumpместный житель08.09.16 19:47

NEW 08.09.16 19:47 

в ответ lump 07.09.16 18:13

Группа исследователей, возглавляемая Иваном Влассиуком (Ivan Vlassiouk),
при помощи модернизированной ими технологии осаждения из паровой фазы,
изготовила “ламинат” на основе специального полимерного материала,
верхним покрытием которого выступают листы графена, размерами около 2
дюймов (5 сантиметров). Кроме этого, точно такая же технология позволила
получить на поверхности полимера не квадратные листы графена, а
достаточно длинные графеновые ленты и тонкие волокна.

http://uchitel-program.ru/razrabotana-pervaya-…

#40 

Новоселов графен в домашних условиях. Графен и его применение. Открытие графена. Нанотехнологии в современном мире.

Где производится графен

Вы — счастливый обладатель новенькой пары обуви. Но когда пришли домой, ваша радость от покупки тает на глазах.
Причина проста: покупка оказалась с браком, при ходьбе ботинки издают скрипящий звук.
Смело обращайтесь к продавцу, требуйте возврат, вам попался брак. Не хочется расставаться с покупкой? Или заскрипели любимые, уже ношенные туфли? Не расстраивайтесь! Вашу проблему можно решить! Мы расскажем, как избавиться от такого неприятного дополнения к туфлям, как скрип.

Прежде всего давайте разберёмся и поищем причину скрипа у обувной пары.

Какие части ботинка могут издавать звуки

Издавать скрип могут подошва, каблук или материал, из которого изготовлено изделие
. Чтобы выяснить, откуда исходят скрипы, нужно провести проверку деталей обуви.

Для этого возьмите туфлю в руки и поочерёдно, начиная от носика, передвигаясь к середине, потом пяточке и заканчивая каблучком, подгибайте туфельку в разные стороны или покрутите. Если какая-то часть издает скрип, он обязательно проявится.

Если при помощи таких манипуляций вам не удастся обнаружить источник звука, то дело не в каблуках. И даже не в подошве. Скорее всего, источником скрипа является сама кожа. Возможно, недобросовестные производители обуви использовали сырьё низкого качества.

Почему появляется скрип

Во время примерки перед покупкой внимательно и тщательно проверьте ботинки. Наденьте и пройдитесь в них. Услышали скрип?

Звук свидетельствует о заводском браке, некачественных материалах или неправильной склейке подошвы.

Не покупайте такую обувь! Потому что главная причина скрипа — фабричный брак.

Важно!
Правильно сшитая обувь, изготовленная из качественных материалов, никаких звуков издавать не будет!

Рассмотрим причины подробнее.

Посторонние частицы

Если во время процесса производства обуви между деталями затесался инородный предмет
, (песок, например), то дело плохо. В этом случае, скорее всего, от неприятных скрипящих звуков избавиться не получится
.

Неправильное натяжение нитей

Еще один вариант: при сшивании были перетянуты нитки, которые во время ходьбы тянут подошву
. Отсюда и неприятные скрипы. При этой причине есть вероятность избавиться от звуков. Когда нитки растянутся, они исчезнут самостоятельно.

Чтобы ускорить процесс, возьмите и натрите воском швы и все строчки. Парафин можно предварительно растопить. Такой способ позволит размягчить нити и их растяжение произойдет быстрее по времени.

Почему скрипит ношеная обувь

Однако случается, что и ношеные туфли начинают скрипеть. Причиной может быть старый расшатанный каблук, треснутый супинатор или подошва, которая начинает рассыхаться.

Теперь, когда вы поняли причину возникновения или нашли место откуда исходят неприятные звуки, можно приступать к их устранению.

Как избавиться от скрипа

Существует довольно большое количество полезных и действенных способов, которые помогают избавить свою любимые туфли от скрипящих звуков.

• Ботинки и туфли из кожзама
  , а также кроссовки можно попробовать размягчить
  .
  Возьмите два куска ткани, намочите водой, оберните каждый ботинок и оставьте на 10–12 часов. От влаги изделие из искусственной кожи на время смягчится и перестанет поскрипывать.
  

Важно!
Для вещей из замши, нубука и резины вышеописанный способ увлажнения использовать категорически нельзя!

• Замшевые ботинки чистят щёткой для ворса и обрабатывают специальными составами, предназначенными для велюровой кожи.
  
• Резина — материал попроще, он не такой деликатный, как замша. Однако испортить можно и его. Скрипящие сапоги будут вам обеспечены, если вы надумаете сушить их феном или будете протирать спиртосодержащими растворами.
• Если туфли сделаны из плотной и жёсткой кожи, используйте животный жир с воском
  . Растопите парафин на плите и смешайте его с жиром, в соотношении 1:3. Смесь при помощи ватного диска нанесите на внешнюю поверхность изделия. Нужно время, чтобы состав впитался и смягчил кожу.
• Может издавать скрип и лакированное покрытие
  . Возьмите касторовое масло или олифу, нанесите на внутреннюю и внешнюю стороны туфелек.
  Когда средство впитается, протрите обувь сухой тканью, чтобы удалить масляные излишки, которые не впитались.
• Иногда звуки издаёт старая стелька, которую нужно просто заменить на другую
  . Действуйте следующим образом: вынимаете стельку, смазывайте внутреннюю часть обуви любым маслом без запаха. Вставляете новую подложку
  , низ которой смажьте клеем для прочной фиксации.
• При замене стельки можно использовать детскую присыпку
  . Это прекрасный абсорбент. Вы не только избавите обувь от влаги, но и дезодорируете её. Необходимо лишь насыпать тальк внутрь сапожек и внутреннюю сторону самой стельки.
• Ещё один из действенных приёмов — это нагревание обуви изнутри
  . Для этого подойдёт ручной фен, которым в течение пяти минут горячим воздухом обрабатываете все изделие, включая подошву.

Как ухаживать за обувью, чтобы она не скрипела

Не секрет, что за любой вещью нужно и важно ухаживать. Причем делать это нужно грамотно. Тогда ваша обувь будет долго служить вам верой и правдой.

Предлагаем несколько несложных советов, которые помогут сохранить качественный вид и долговечность ваших ботинок и туфель. А одновременно предотвратят появление звукового сопровождения.

Основные правила ухода

1. Не ленитесь и обязательно перед тем, как носить, обрабатывайте ботинки, сапоги или туфли защитным спреем
   . Дополнительная защита от влаги предотвратит появление скрипа.
2. Используйте современные средства по уходу за ботинками, сапогами, туфлями
   . Они содержат разнообразные маскирующие и смягчающие средства, в том числе воск. Нанесите их на любимую обувку и дайте немного времени впитаться, затем щеткой отполируйте поверхность до блеска.
3. После каждой прогулки не забывайте тщательно вымыть
   любимую обувку.
4. Правильно и тщательно сушите изделия
   , иначе они обязательно начнут со временем скрипеть.

Сушка

1. Для сушки можно прибегнуть к проверенному способу. Возьмите газетную бумагу и плотно набейте сапоги изнутри
   . По мере намокания меняйте бумагу на сухую.
2. Используйте специальные сушилки
   , которые вставляются в обувку и подключаются к электросети.
3. Никогда не сушите кожаные изделия непосредственно на батарее и вблизи источника открытого огня
   .

Средства защиты

1. Когда ботинки высохли, нанесите на них смягчающий обувной крем
   .
2. При желании пользуйтесь народными средствами.

• Любым жиром и салом можно натереть внешнюю поверхность
  , что смягчит кожу, придаст ей блеск, а также уменьшит водопроницаемость.
• Для бежевой и светлой кожаной пары используйте оливковое или льняное масло
  .

Хранение

1. По окончании сезона изделия обязательно вымойте и смажьте защитным кремом
   .
2. До следующего использования убирайте обувь в коробки, предварительно набив их бумагой
   , чтобы форма не нарушилась и не деформировалась.
3. Зону хранения организуйте в прохладном, затемнённом месте
   . Помещение должно иметь возможность проветриваться, а также не быть влажным.

Соблюдая эти нехитрые правила, вы надолго сохраните презентабельный вид и увеличите срок службы своим любимым ботикам.

Обувь для наших предков была спасением, ведь на земле находилось множество причин травмировать стопу. Тогда древние люди начали защищать свои ноги различными находками, изобретениями. Они делались из плоских кусков дерева, кожи и травы. Обувкой это, конечно, тяжело назвать, глядя на наше разнообразие, изготовленное по современным технологиям. Трудно представить, что она может быть с изъяном. И почему же наша любимая, праздничная, ежедневная, спортивная, элегантная обувка иногда нас расстраивает неприятным скрипом. Почему скрипит обувь при ходьбе и что делать? Давайте разберемся с решением этой ситуации.

Причины скрипа обуви

Есть несколько основных причин этой проблемы:

1. Если со временем во внутренние детали сапог попадает песок, земля, мелкие камешки, то скрип гарантирован.
2. Промокшая, плохо просушенная обувь.
3. Наиболее частая причина ужасных скрипов — это некачественный каблук или слабый супинатор.
4. Может скрипеть не только каблук, но и кожа изделия, если для ее изготовления были использованы некачественные материалы с микротрещинами.
5. Для пришивания верха сапог к подошве используется нить. Ее могут, чрезмерно перетянуть — это послужит причиной появления неприятного скрипа.

Скрип новых сапог

Почему скрипят новые сапоги? При покупке нужно быть внимательным и не стесняться примерять обувь, пройтись в ней. Наличие неприятного звука свидетельствует о том, что изделие не достойно вашего внимания.

Вы сделали покупку и обнаружили скрипящую подошву дома? Скорее всего, дело в производственном браке — нужно просто вернуть обновку в магазин, при наличии чека продавец обязан принять товар обратно.

Устранение причин

Как убрать скрип обуви при ходьбе? Для начала нужно определить, что скрипит, тогда будет легче подобрать способ устранения. Если обувка удивила вас по прошествии более длинного периода эксплуатации, нужно определить, какая часть выдает скрип. Для этого:

1. Обуйте ваши ботиночки и медленно попробуйте перераспределить нагрузку стопы на пятку.
2. Прислушайтесь, когда возникнет раздражающий шум.

Важно! Еще можно взять обувь в руки и согнуть ее, и вы точно определите, где скрипят ботинки.

Привычное решение этой проблемы — сдать туфельки на починку мастеру. Но существуют и народные методы:

1. Сырую обувь нужно обязательно ставить на просушку, иначе — все элементы, контактируя между собой, начнут издавать звук.
2. Гусиный жир и воск хорошо подходит для устранения микротрещин, вздутия кожи. Для приготовления смеси необходимо в соотношении 3 к 1 растопить жир и воск, нанести на внешнюю часть ботинок смесь пропитанной ветошью, и только после этого протираются дефекты.
3. Для перетянутых швов подойдет касторовое масло или горячий воск. Надо аккуратно натереть швы: масло необходимо брать в небольшом количестве, так как есть вероятность испортить внешний вид.
4. Новая кожаная обувь нуждается в простои на влажной ткани в течение 8-9 часов. Способ удивляет, но действует!
5. В случаи с каблуком и супинатором, увы, поможет только мастер своего дела.
6. Фен — оригинальный, действенный способ. 5-10 минут прогреваем подошву на средней мощности прибора, затем разрабатываем ее, и все, нет неприятных звуков.

Уход за обувью

Скрипит обувь? Всегда приятнее предотвратить неприятность, чем ее устранять. Есть несколько простых, не затратных способов по уходу за обувью:

• Для блеска кожи достаточно протереть ботинки небольшим количеством растительного масла.

Важно! Кукурузное, льняное, оливковое масла подходит для светлых изделий из кожи. Кофейная гуща восстанавливает коричневый цвет ботинок.

• Для пересохших сапог подходит вазелин.
• Растворитель для краски, очищенный бензин или тальк — лучший способ избавления от жирных пятен на замше .
• Нашатырный спирт , перекись водорода или слабый раствор марганцовки помогут устранить неприятный запах внутри кроссовок.
• Тальк под стельку, бумага в сапог и просушка влажной обуви предотвращают скрип.

Видеоматериал

Скрипит обувь при ходьбе — что делать? Правильный уход и компетентные методы устранения дефектов дарят долгую жизнь обуви и хорошее настроение вам.

Если прогуливаясь в новой обуви, вы слышите скрип, вывод один – покупка неудачная и ее по возможности необходимо вернуть. Но что делать, когда любимые туфли начали скрипеть по прошествии времени?

Брак при производстве — наиболее частая причина появления скрипа

Чтобы быстро решить такую проблему, стоит определить причину ее возникновения:

1. Брак при производстве. Если при пошиве, были перетянуты швы, то такие туфли, ботинки или сапоги при ходьбе будут издавать неприятный скрипящий звук. Также во время пошива, на некоторые элементы туфель или ботинок могут попасть песок, мелкий сор и даже камешки. Именно они и приводят кому, что при ходьбе возникает скрип и скрежет.
2. Некачественная стелька. Если внутренняя часть туфель отделана небрежно, стелька приклеена криво, то при ходьбе она может съезжать и скрипеть от трения с поверхностью.
3. Проблемный каблук. Некачественная набойка или супинатор – вот наиболее частые причины, по которым возникает скрип каблука при ходьбе.
4. Влага. Полностью промокшая и недостаточно просушенная обувь очень скрипит. Все элементы трутся между собой, издавая ужасные звуки. По этой же причине, если туфли пропитываются потом человеческих ног, они также начинают скрипеть.
5. Если обувь скрипит в процессе ходьбы, то, скорее всего причина кроется в качестве материала, из которого пошита верхняя часть туфель. Кожа может быть изначально не правильно подобрана или подготовлена к процессу.

Как понять в какой части обуви возникает скрип

Неприятные звуки могут издавать любые элементы туфель: верхняя кожаная часть, подошва и даже каблук. Для того чтобы определить какая именно часть обуви скрипит — стоит пройтись обутым, внимательно прислушиваясь к возникающим звукам. Если таким способом ничего не получилось определить, необходимо взять ботинки в руки и слегка погнуть их. Так намного проще понять источник скрипа.

Скрип каблука всегда сопровождается неприятными ощущениями, их достаточно сложно спутать, и они известны любой девушке.

Скрип кожи верхней части туфель возникает при ходьбе, при вращении обутой ступней в воздухе. Если же скрипит подошва, то неприятный звук прекращается, как только обувь перестает касаться твердой поверхности.

Как можно убрать скрип подошвы

Если вы заметили скрип еще в примерочной магазина, то лучше не покупать такую обувь

В случае, когда туфли начинают скрипеть еще в примерочной магазина, можно однозначно говорить о браке при производстве. Такие туфли, сапоги или ботинки лучше оставить на прилавке. Если скрип обнаруживается уже после совершения покупки, и нет никаких шансов вернуть товар в магазин, решить проблему поможет мастер – сапожник или использование некоторых народных методов.

Как избавиться от скрипа обуви:

1. В случае, когда причиной скрипа являются тугонатянутые нити швов, решить проблему поможет горячий воск или касторовое масло. Ими натирают места строчек и о противном скрипящем звуке можно забыть навсегда.
2. Чтобы только что купленная обувь при ходьбе не хрустела, натрите ее любым животным жиром. Наиболее эффективным средством является гусиный жир, смешанный с воском.
3. Если скрипит подошва, помочь может фен. Им прогревают туфли, и уже хорошенько разогретую подошву сгибают течение нескольких минут в разных положениях. После такой процедуры скрип подошвы исчезнет навсегда.
4. Если новые кожаные сапоги поставить подошвой на мокрую тряпку на 8-9 часов, то такая обувь не будет скрипеть. Этот метод может показаться довольно странным, но как показывает практика, он достаточно эффективен.
5. Еще один действенный способ как убрать скрип подошвы — это смазать ее и внутреннюю часть ботинок, сапог или туфель олифой и касторовым маслом. Важно: олифой пропитывается ветошь, и только затем протираются элементы обуви. Масла необходимо брать немного, так как есть риск испортить туфли навсегда. После окончания процедуры, обувь необходимо оставить в покое примерно на двадцать четыре часа.

Почему скрипит каблук

Расшатавшийся каблук или некачественная набойка зачастую являются причиной скрипа

Причин возникновения такой неприятной ситуации может быть несколько: расшатавшийся каблук или некачественная набойка. Убирать проблему некачественного супинатора или расшатавшегося каблука можно самостоятельно, только если у вас есть навыки обувного дела. В противном случае работу лучше доверить профессионалам.

Устранить скрип набойки можно, используя проверенное народное средство. Необходимо хорошенько намазать набойку маслом, свиным жиром или воском.

Быстро устранить проблему скрипа расшатавшегося каблука поможет клей. Им промазывают нужные участки и хорошенько прижимают каблук к основанию. Важно использовать специальный обувной клей с хорошей адгезией.

Как быстро избавиться от скрипа обуви при ходьбе

Большинство способов устранения скрипа туфель требуют некоторого времени для подготовки и проведения. Что же делать, когда неприятный скрипучий звук нужно устранить как можно быстрее.

Известно несколько проверенных способов:

1. Использование присыпки. Когда скрип возникает по причине трения подошвы о поверхность, устранить проблему поможет присыпка или крахмал. Ими натирают подошву и хорошенько обрабатывают внутреннюю поверхность обуви.

   Присыпка убирает лишнюю влагу и увеличивает сцепление подошвы с поверхностью, а стельки — с внутренней отделкой туфель.

2. Если нет присыпки, можно использовать бумажную салфетку или полотенце. Из обуви вынимается стелька, и вкладывается кусочек бумажной салфетки. Затем стельку возвращают на место.

Как сделать так чтобы обувь служила долго и не скрипела

Агрессивная среда вокруг нас крайне негативно влияет на состояние обуви человека. Кожаная поверхность сапог, туфель или ботинок сморщивается, трескается, из-за чего может возникать неприятный скрип и другие неприятности. Недопустить такую ситуацию поможет соблюдение некоторых несложных правил:

Определившись с тем, почему скрипит обувь и какие способы можно предпринять по устранению этого звука, очень важно реально оценить свои силы. Возможно, во избежание окончательной порчи туфель, стоит доверить решение данной проблемы специалисту.

На данном этапе времени довольно частым стало явление того, что скрипит обувь при ходьбе что делать в такой ситуации? Ведь эти звуки раздражают владельцев и привлекают внимание окружающих. Кто-то быстро избавляется от такой пары, даже если скрипучая одна туфля. Но немного сложнее тем, кому нравится новая или уже ношеная обувка и избавляться от нее не хочется.

Скрипящие звуки, доносящиеся от подошвы, портят настроение и ставят в неловкое положение в обществе. Чтобы не стать жертвой данного производственного брака, давайте разберемся, почему обувь скрипит.

К основным факторам, вызывающим скрипучие звуки, относятся:

1. Недочеты в обувной технике шитья внутренней части ботинок, кроссовок, туфель и другой обуви. Чаще всего причина заключается в стельке. Она либо неправильно приклеена, либо плохо сделана из некачественного материала. Данный брак вызывает поскрипывание из-за того, что стелька съезжает и трется.
2. Несмотря на первый пункт, все же самой распространенной причиной, почему скрипит обувь, является производственный брак. Он заключается в чрезмерно натянутых швах (это нити, которые скрепляют составляющие части ботинка к подошве). Поэтому во время движения нитки расширяются, после чего сжимаются со звуком. Но можно не переживать, если проблема в этом, она скоро исчезнет. Насколько быстро это произойдет, зависит от того, когда нить растянется до нужного состояния.
3. Безвыходным является случай засорения швов и других частей во время производства соринками, песком, камешками и прочим. Инородные тела делают ношение невыносимым, и нужно приступать к немедленному избавлению от них.
4. Плохое качество супинатора или набойки. В таком случае несложно определить, что скрипом наполняется каблук.
5. Чрезмерное увлажнение обувного материала. После промокания можно заметить, что обувка заскрипела. К подобному эффекту приводит и влага от пота, которая пропитывает кроссовки, ботинки и другую обувку во время бега.
6. Скрипящий звук при ходьбе сигнализирует об отсутствии всякого качества у материала и о том, что он не был правильно подготовлен к использованию.
7. Обувка будет хрустеть и при наличии повреждений и вздутий на коже. Такое явление в большей мере присуще лаковым моделям. Минус еще в том, что чем чаще и дольше их носить, тем сильнее пара заскрипит. Хрустящую обувь лучше сразу заменить.
8. Чаще всего с данной проблемой сталкиваются владельцы кожаной обуви, что не странно, потому что именно этот материал нередко бракованный.
9. Касательно изрядно поношенной обуви, то у нее скрипящая область – это подошва. Она уже изношенная, склонна к шорканьям и другим неприятным звукам.
10. В противовес увлажнению, также пагубно для туфель действует и сушка, когда она неестественная и слишком интенсивная.

Главное, что следует помнить – это правило того, что если обувка пошита, то есть сделана качественно, она скрипеть не будет.

Сделать так, чтобы обувь не скрипела, можно сказать, невозможно. Зато можно не попасть на такую пару, проделав несколько простых действий прямо во время примерки и возможной покупки. Нужно обуть себя в новые туфли и, никого не стесняясь, приступить к их проверке.

В обувной тест входят:

• приседания;
• несколько прыжков;
• обход магазина;
• перекаты с носка на пятку и в обратном направлении.

Все это время нужно внимательно прислушиваться. Если есть брак, то он обязательно проявится, вероятнее всего, не во всех манипуляциях, но в одном точно будет.

Не спутайте скрипы резиновой подошвы при соприкосновении с линолеумом, с браком.

Для выявления скрипящей детали в обутой паре помогут все те же действия, описанные выше. Только на этот раз их надо выполнять медленно, чтобы уловить момент и место звука. Хорошо будет, если с вами пойдет помощник. Вы двигаетесь, а он прислушивается. Если такой возможности нет, и вы не установили очаг скрипа, чтобы не сомневаться, возьмите обувь в руку и согните в разные стороны.

В случае если сапоги при ходьбе или другая обувь в магазине не скрипела, а дома скрипучий звук или скрежет появился, не задумываясь, возвращайте ее в магазин. Во-первых, еще не закончился гарантийный срок, во-вторых, это брак, ее должны забрать либо обменять. Защищайте свои права, не нужно ходить в бракованной обуви.

На вопрос, как избавится от скрипа обуви, существует несколько ответов и, соответственно, методов.

Устранением раздражающего звука можно заняться дома и самостоятельно, особая подготовка не требуется, и подручных средств будет достаточно.

Ниже описаны самые действенные способы:

1. Способ влажной ткани. Предназначен для ненатурального материала, кроссовок, балеток и так далее. Берется кусок ткани, смачивается, и в него заворачивается обувь на 9 часов или на всю ночь. Этот метод размягчает ткань. Другая вариация этого метода – это просто поставить обувь на хорошо увлажненную тряпку (так, чтобы с неё текло) и оставить на то же время в покое. Минусом метода является недолгий срок действия и невозможность применять к замшевой обуви или нубуку.
2. У лаковой обуви чаще всего во время ходьбы скрипит подошва. По устранению данного дефекта работает метод смазывания внутренности нагретой олифой или другим маслом, желательно без сильно выраженного запаха. Оставить пропитываться и высыхать приблизительно на сутки. Остатки масла легко убираются салфеткой путем промакивания.
3. Если скрипит каблук в туфлях или сапогах из кожи, поможет обработка маслом стыка соединения с верхней частью. Если проблема в слабости супинатора, помочь смогут только в обувных мастерских. Если набойка резиновая, ее тоже смазывают маслом.
4. Из чего бы ни были сделаны туфли, на удаление скрипа хорошо действует прогревание. Максимально нагретый фен на 7 минут подставляется под подошву, и про скрипучую обувь теперь можно забыть надолго.
5. Изделия, сделанные из кожи или заменителя кожи, избавляются от скрипа после смазывания внутренности животным жиром (лучше гусиным). После этого можно сделать теплую среду, оставив обувь около батареи или обогревателя на 8 часов. Жир высохнет. Он сделает обувь мягкой. Остатки жира, чтобы обувь не пачкала носки и ноги, убирают спиртом, но только с внутренней стороны. Он также делает материал более эластичным.

Запрещено вытирать спиртом резиновую обувь, так же, как и тканевую и замшевую.

Несколько универсальных советов:

• скрип кожаной обуви при ходьбе может появиться после ее промокания;
• с новой обувью нужно обращаться аккуратно, и перед первым выходом обработать обувным кремом;
• чтобы каблуки не скрипели и не шатались, не снимайте обувь, наступая на задник;
• если скрипят туфли после длительной носки, чего не было раньше, это может быть сигналом изношенности.

Сталкиваться со скрипучей обувью неприятно, но это не приговор.

В поисках ответа на вопросы, как убрать скрип обуви, как устранить скрип в обуви, как избавиться от скрипа обуви, скрипит обувь, что же делать, вы найдете много рабочих способов, которые помогут забыть о проблеме.

У многих людей скрипит обувь при ходьбе, что раздражает не только владельца «черевичек», но и окружающих. Этот недостаток может быть вызван попаданием воды внутрь обуви, естественным износом или производственной ошибкой. Чтобы разобраться с тем, как избавиться от неприятного скрипа, нужно понять, почему скрипит обувь при ходьбе.

Прежде чем приступать к решительным действиям, стоит найти причину скрипа.

• Производственный брак
  
  . Самой распространенной причиной является некачественная проклейка. Если стелька и подошва недостаточно плотно прилегают друг к другу, во время ходьбы они трутся друг от друга, издавая противные звуки. Иногда проблема обнаруживается во время гарантийного срока. В этом случае можно обратиться в магазин с просьбой заменить обувь, вернуть деньги или возместить стоимость ремонта.
• Трение подошвы о поверхность пола
  
  . Если поскрипывание начинается, когда вы ходите по линолеуму или ламинату, скорее всего, дело в кожаной подошве. Единственный разумный выход из этой ситуации – попросить мастера об установке новой подметки. Это не только избавит обувь от невыносимого скрипа, но и продлит срок ее службы.
• Поломка супинатора
  
  . Когда супинатор выходит из строя, при ходьбе появляется странный звук – нечто среднее между скрипом и хрустом. Для решения этой проблемы стоит обратиться в мастерскую.

Достаточно пройтись по комнате и понаблюдать за тем, как ведет себя обувь во время тех или иных движений.

Что делать?

Чтобы обувь не скрипела, вооружитесь обычным тальком, детской присыпкой, разрыхлителем или кукурузным крахмалом. Данные вещества отлично поглощают влагу и снижают уровень шума, вызванный трением обувных деталей.

В качестве альтернативы можно использовать кондиционер для кожи, силиконовый спрей или WD40. Последние два средства являются более эффективными, но использовать их следует с осторожностью. Для того чтобы обувь не скрипела, нанесите любой из перечисленных материалов на ватный диск и пройдитесь им по верхнему шву.

Что касается кондиционера, то он служит скорее не для устранения скрипа, а для предотвращения его возникновения. Кожаные модели рекомендуется постоянно смазывать кондиционером и полировать сухой тканью.

Обратите внимание: чтобы не испортить замшевую обувь, откажитесь от использования средств на масляной основе. Отдавайте предпочтение специальной обувной «косметике» с пометкой «для замши».

Как избавиться от сильного скрипа?

Многие люди задаются вопросом: «Что делать если новая пара скрипит, и очень сильно?». В этом случае рекомендуется как можно скорее вернуть обновку в магазин. Большинство магазинов предложат возврат денег или обмен товара на аналогичный. Чтобы избежать проблем с возвратом, следует отказаться от любых действий по самостоятельному ремонту: если на изделии найдут следы клея или силикона, гарантия может быть аннулирована.

Если вы намерены решить проблему своими руками, воспользуйтесь:

• Седельным мылом
  
  . Нанесите его на проблемную область и отполируйте обувь сухой тряпкой. На форумах ходят слухи о том, что данное мыло пересушивает кожу. Верить им или нет – ваше дело. Одно ясно точно: использовать это средство для обработки замшевых изделий нельзя.
• Обувным клеем
  
  . Скрип может появиться из-за треснувшего каблука или плохого соединения стельки с основанием, поэтому исправить данную ситуацию можно с помощью клея. Если в этом деле вы «чайник», доверьте проклейку изделия профессионалам.
• Силиконом
  
  . Если между верхней частью изделия и подошвой образовался просвет, заполните его силиконовой замазкой. После такого ремонта ботинки нужно поставить под пресс или зафиксировать специальным зажимом на 12 часов.

Одним из самых эффективных народных средств для избавления от скрипа является масляная пропитка. Если скрипит подошва, сделайте следующее:

1. Разогрейте подошву с помощью фена.
2. Разомните ее руками.
3. Нанесите на подошву тонкий слой олифы или касторки.
4. Дождитесь высыхания.

Воспользоваться пропиткой можно даже тогда, когда скрипит верхняя (кожаная) часть обуви. Для этого открытые швы изделия обрабатывают с помощью обувного парафина или касторового масла. Уже после первой процедуры скрип станет менее заметным, но для его полного устранения придется сделать несколько пропиток. Перед нанесением каждого нового слоя касторки/парафина следует подождать пока высохнет предыдущая пропитка.

Профилактика

Чтобы скрип не появился вновь, старайтесь правильно сушить и хранить обувь. Прежде чем убрать сапоги в шкаф, очистите их от грязи, промойте и высушите. Помните: в процессе хранения кожа высыхает, поэтому ее следует обработать специальным кремом.

Таким образом, проблему скрипа обуви можно решить самостоятельно. Если, несмотря на все ваши старания, ботинки продолжают скрипеть, посоветуйтесь со специалистом. Иногда обнаружить причину данного явления под силу только сапожнику.

Когда случится графеновая революция

Авторизация
Регистрация

Сброс пароля

Подпишитесь на
«СР-КУРЬЕР»
Быстрая и маленькая, как атом, газета — доставляем свежие новости из «Росатома», России и мира прямиком в ваш почтовый ящик

Больше не показывать

Вы знаете больше и готовы рассказать?

У вас есть интересная история или вы знаете больше о теме, по которой мы уже выпустили материал. Поделитесь с СР любой идеей. Ждем ваших сообщений!

Прикрепить файл

Отправить

Марина Полякова

Laguna Design/Getty

После вручения в 2010 году Нобелевской премии по физике за опыты с графеном Андрею Гейму и Константину Новоселову все ждали наступления новой эры электроники. Однако массово применять чудо-материал до сих пор не начали. Мы разобрались почему.

Графен — это слой графита толщиной в один атом. Черная полоска, которую оставляет простой карандаш на бумаге, содержит тысячи слоев графена. Стопка из 3 млн листов графена — не толще 1 мм. При этом материал в 200 раз прочнее стали. Еще более полувека назад существование графена предсказали теоретические расчеты. Но никому не удавалось изолировать тончайший слой и доказать, что он способен находиться в свободной форме. Лишь в 2004 году ученые из Манчестерского университета Андрей Гейм и Константин Новоселов получили графен в лаборатории. Причем сделали они это с помощью подручных материалов — скотча и куска графита, вроде того, что используется в карандашах. Исследователи отслаивали клейкой лентой тончайшие чешуйки графита и переносили их на подложку из оксида кремния, а после с помощью микроскопа искали участки, где получился моноатомный слой.С тех пор началась настоящая графеновая лихорадка: университеты и научные центры по всему миру развернули программы по исследованию нового материала. В Сингапуре открыли центр по изучению двумерных материалов, к которым относится графен, а в Великобритании создали Национальный институт графена.

Материя будущего

Графен имеет уникальную двумерную структуру — атомы углерода формируют плоскость. Из графена образуются остальные модификации углерода — 0D-шары (фуллерены), 1D-нанотрубки и 3D-графит. Связи между атомами в плоской структуре очень прочные: два листа графена, наложенные друг на друга, выдерживают выстрел из огнестрельного оружия. При этом графен невероятно легкий. Созданный на его основе аэрогель на 99,8% состоит из воздуха и выдерживает вес, превышающий собственный в 4 тыс. раз.

Эти свойства уже оценили исследователи из Кембриджского университета: они накормили графеном пауков, и те стали производить паутину в десятки раз прочнее обычной. Пекинский институт авиационных материалов совместно с Национальным институтом графена разрабатывает на основе графена сверхсплавы для облегченных самолетов. Графен обладает электрической проводимостью, и его можно использовать в электронике. Недавно компания Samsung представила новые аккумуляторы, которые вмещают на 45% больше энергии, чем современные литий-ионные батареи, и заряжаются в пять раз быстрее. Ноу-хау — покрытие катода графеновыми шариками.

Кроме прочности и электропроводности у графена есть еще одно свойство: он сам способен создавать энергию. Этот материал хоть и двумерный, но не абсолютно плоский. Структура графена напоминает рябь на воде — случайные колебания атомов создают «волны», которые выгибаются попеременно то в одну, то в другую сторону. Исследователи из Университета Арканзаса поместили лист графена между двумя электродами и получили крошечный источник энергии. 20 тыс. таких генераторов могут бесконечно подзаряжать небольшое устройство вроде электронных наручных часов. Такая батарея уместится на кончике булавки.

Российские разработки

Мир двумерных материалов богат российскими именами. Исследователи из МФТИ создали на основе оксида графена биосенсор для доклинических испытаний лекарств против ВИЧ, гепатита и рака. С помощью чипа, покрытого этим материалом, можно проследить, как идет та или иная химическая реакция между лекарством и живой тканью, выяснить, как вещество действует на вирусы и болезнетворные бактерии. Чувствительность этого чипа в три раза выше, чем у аналогов.

Недавно ученые из СПбГУ модифицировали графен и придали ему свойства «магнитного золота». После взаимодействия с кобальтом и золотом этот и без того уникальный материал приобрел свойства металлов — магнетизм и спин-орбитальное взаимодействие. Эти характеристики позволят использовать графен для усовершенствования квантовых компьютеров.

Согласно базе данных научных публикаций Web of Science, активнее всего в исследовании графена китайцы: 43% работ издали ученые из Поднебесной. За ними американцы, 18%, и корейцы — 8%. Россия в этом рейтинге занимает 14-е место — всего 2% публикаций. 

Братья графена

Получение графена дало толчок к появлению огромного семейства двумерных материа- лов. Особый интерес вызывают те, что созданы на основе металлов. Для них двумерное состояние противоестественно, их просто не должно быть в природе. Считалось, что такие материалы нестабильны в виде монослоя и могут существовать только в виде толстых пленок. Но исследования показали, что это не всегда так.

Одним из недавних открытий в этой области стал двумерный оксид меди. Его в прошлом году создал коллектив ученых из России и Японии. Материал, в отличие от своего объемного аналога ферромагнетика, обладает антиферромагнетизмом — низкой намагниченностью. Это позволяет записать один бит информации всего на 12 атомов, тогда как сегодняшним технологиям требуется несколько тысяч атомов. То есть можно говорить о создании магнитной памяти.

Проблема получения

Почему эти потрясающие разработки не применяются массово? Все дело в том, что произвести много графена не так-то просто. Метод, которым его получили Гейм и Новоселов, называется механической эксфолиацией. Он очень прост и дает материал высочайшего качества. Однако отслаивать скотчем тонну графена придется годами.

За последние 10 лет ученые предложили множество способов промышленного изготовления: химическое отслаивание, жидкофазное и термическое отслаивание, химическое осаждение из газовой фазы, молекулярно-лучевую эпитаксию, лазерную абляцию… Однако достичь таких высоких характеристик, как при механической эксфолиации, до сих пор не удалось. Но методы постоянно улучшаются, и эра графена уже не за горами.

Желающим повторить подвиг Гейма и Новоселова в домашних условиях предлагаем метод, похожий на жидкофазное отслаивание. Возьмите блендер мощностью не менее 400 Вт, налейте в чашу 500 мл воды и 10 мл любого моющего средства, добавьте 20 г толченого грифеля. Далее прибор должен поработать от 10 минут до получаса, до появления взвеси из чешуек графена.

Есть интересная история?

Напишите нам

Читайте также:

Федеральный номер «Страна Росатом» N°36 (548)

Скачать

Федеральный номер «Страна Росатом» N°36 (548)

Скачать

Волшебный графен, который никак не выйдет за пределы лаборатории

Графен — удивительный своими свойствами и сложностью добычи материал. С тех пор как его в 2004 году впервые получили в британской лаборатории выходцы из России, масштабировать производство все никак не удается. В мире добывают либо крошечное количество высококачественного графена, либо промышленные объемы низкого качества с нюансами, которые частично испаряют волшебство материала будущего.

Почему так сложно получить чистый графен? Какие существуют технологии выделения графена? Где эксперименты демонстрируют его удивительные свойства уже сейчас? И почему эти волшебные характеристики так заводят ученых, что они не оставляют попыток его коммерциализировать?

Свойства любого материала зависят не только от того, какие химические элементы присутствуют в его составе. Также важно и пространственное расположение атомов. Алмаз и графит состоят из одних и тех же атомов углерода, однако первый используют для резки камня и бетона, а второй — в качестве грифеля для карандаша. Твердость алмазу придает плотная тетраэдрическая структура атомов. Графит на атомарном уровне представляет собой пласты в разных плоскостях, в которых атомы образуют шестиугольники.

Графен — двумерный. У него есть длина и ширина, а глубины как бы и нет. Это плоскость из атомов углерода, которые образуют кристаллическую решетку. И именно такая модификация обеспечивает его механическую гибкость, оптическую прозрачность, высокую теплопроводность и подвижность электронов. Это тончайшее вещество способно проводить электричество, а в будущем сгодилось бы для замены кремния в наноэлектронике.

Например, супербетон

Насколько широким может быть применение графена, демонстрирует исследование ученых из британского Исследовательского центра графена при Университете Эксетера. В 2018 году группа исследователей сделала намного более прочный по сравнению с традиционным бетон, добавив в него графен. Полученный таким образом композитный материал оказался на 146% прочнее на сжатие, а его теплоемкость была выше на 88%.

Ученые в лабораторных условиях отделяли от частиц графита графеновые слои с помощью высокоскоростной машины. Из полученного графена и жидкости делали суспензию. Чтобы графен не слипался в большие кучки, в эту суспензию добавили поверхностно-активное вещество.

Эту графеновую взвесь смешали с наиболее широко применяемым портландцементом, песком и заполнителем. Получившийся бетон залили в кубы со сторонами по 10 сантиметров, а потом выдержали в воде. По сравнению с контрольными бетонными кубами, в которых вместо графеновой суспензии использовали воду, у получившихся в лаборатории прорывных кубов был ряд интересных и перспективных свойств.

Во-первых, модуль Юнга — способность сопротивляться растяжению и сжатию при упругой деформации — выросла на 80,5%, прочность на сжатие составила уже озвученные 146%. У графеновых бетонных кубов в несколько раз упала водная проницаемость, а теплоемкость, наоборот, выросла на 88%. Все эти показатели варьировались в зависимости от концентрации графена в исходной суспензии.

Учитывая, насколько бетон распространен в строительстве современных зданий, улучшение свойств композитного материала сулит большие выгоды. Да, мы уже говорили, что добыть чистый графен крайне сложно. Но даже в «грязном» виде он может быть полезен для бетона.

Также графен может использоваться в качестве сенсорного слоя для тачскринов благодаря своей высокой электропроводности и прозрачности. Для сенсорных экранов смартфонов, стеклянных дверей морозильных камер и даже окон в кабине пилотов Airbus широко применяется тончайшая пленка из оксида индия-олова. Если не повысить эффективность использования индия или степень его вторичного использования, то запасы этого редкого металла могут быть исчерпаны в ближайшие десятилетия.

И графен мог бы принять эту эстафету и спасти мир если не от исчезновения сенсорных экранов, то от заметного подорожания смартфонов, поскольку другие альтернативы оксиду индия-олова обходятся недешево.

И все это лишь малая часть того, куда ученые пробуют приложить волшебные свойства графена. Эксперименты с краской для волос, которая остается устойчивой после 30 смывов. Большие надежды в солнечной энергетике из-за лучшей способности ловить фотоны. Упрочнение структуры асфальта с помощью графеновых добавок для решения одной из извечных российских проблем. Использование материала в аккумуляторах, фильтрах воздуха и опреснителях, суперконденсаторах, бронежилетах и гражданской одежде.

Но все это эксперименты на исключительно малых объемах или с грязным графеном, ожидания и хотелки. Приятно читать рассуждения ученых о том, что фантастика вскоре станет реальностью и квадратный метр графена будет весить как ус четырехкилограммовой кошки, отдыхающей на таком графеновом гамаке. Перед миром будущего, который хочет использовать графен, стоит сложная задача получения его в промышленных масштабах, в чистом виде и по разумной цене.

Графеновые нанотрубки?

Другое перспективное направление — углеродные нанотрубки. Это одностенные трубки, которые образованы из свернутого в цилиндр листа графена. В такой структуре электроны демонстрируют необычное движение, прыгают с места на место, оставляют положительно заряженные дыры. Но проводимость такой нанотрубки можно регулировать. А раз ток — это направленное движение электронов, то на основе нанотрубки можно получить высокочувствительный сенсор или фотодетектор, который будет преобразовывать оптический сигнал в направленное движение электронов — электрический сигнал.

Для этого российские ученые из Национального исследовательского университета МИЭТ с помощью фемтосекундного лазера (лазер с ультракороткими импульсами) смогли модифицировать структуру графеновой нанотрубки так, что одна ее часть обладает почти металлическими свойствами, а другая — свойствами полупроводника. Проводимость этой второй части нанотрубки зависит от света. Когда он на нее попадает, электроны от металлической части устремляются в другой конец — образуется электрический импульс.

Такой фотодетектор демонстрирует высокую чувствительность и быстродействие. А разработчики технологии полагают, что она может найти свое применение в наноразмерных оптоэлектронных устройствах, камерах с высоким разрешением и квантовых компьютерах.

Углеродные нанотрубки уже делают. Иногда удается вырастить в лаборатории целый лес рекордной высотой в 14 сантиметров на подложке, на которую из газовой фазы осаждается углерод. В России компания «Оксиал» производит углеродные нанотрубки в огромных количествах и успешно ими торгует. Но, по словам Константина Новоселова, одного из первооткрывателей графена, это немного не тот материал. Точнее, совсем не тот. Удивительные свойства графена обеспечивает его двумерная структура. Углеродные нанотрубки в промышленных масштабах — это масса довольно неорганизованных фрагментов нанотрубок. Они не обладают той же прочностью на разрыв, как отдельные нанотрубки, но практическое применение находят: их используют для создания велосипедных компонентов, более прочной наноэпоксидной смолы.

Сложно, дорого, мало

Нельзя сказать, что методы получения графена не продвинулись с тех пор, как Андрей Гейм и Константин Новоселов впервые отслоили его от графита с помощью простой липкой ленты. Но путь от лаборатории до реальной и эффективной технологии оказывается неблизким.

Получить графен в домашних условиях едва ли не проще, чем графеновый лист большой площади в лаборатории. Тут и там его добывают для изучения, но для настоящей революции необходимо автоматизированное производство нескольких килограммов в день или тонн в год.

В университетах, например, графен добывают из графита с применением серной или азотной кислоты. Процесс окисления приводит к тому, что между листами графена в графите появляются атомы кислорода. Происходит расщепление слоев и образование оксида графена в кислоте. После фильтрации остаются легковесные хлопья оксида графена. Из них надо вытравить кислород с помощью чрезвычайно токсичного гидразина.

Другой способ заключается в использовании метана. При высоких температурах (около 1000 градусов по Цельсию) метан вступает в реакцию с медью с образованием графена. Этот процесс называется химическим осаждением из паровой фазы. Он требует много времени для небольшой площади графена, качество которого оставляет желать лучшего. Этот метод совершенствуется, в газ добавляют примеси, что уменьшает температуры производства и улучшает качество графена. Также используют никелевую фольгу в качестве катализатора.

Последовательное отслаивание графита и графена с помощью клейкой ленты, кстати, также не забыто. Разработаны ленты, которые легче растворяются в воде. Но автоматизировать этот ручной труд практически невозможно.

В этом году химики из Университета Райса представили технологию получения графена из выброшенных автомобильных покрышек. Переработка покрышек — отдельная и серьезная проблема, так что их использование для получения графена выглядит перспективным.

Химики предложили сжигать шины с помощью мощных коротких (до секунды) электрических разрядов. Под действием разряда они превращаются в турбостратный графен с большим количеством дефектов.

Этот графен проверили при добавлении в портландцемент в количестве всего от 0,1 до 0,5 весового процента. После семидневного застывания бетон демонстрировал прочность на сжатие на 30% выше, чем традиционный бетон.

В научной литературе можно встретить еще тысячу и один способ получения графена (например, с использованием чана на 10 000 литров, смесителя и графита с выходом графена до нескольких сотен граммов в час). Однако все эти методы объединяет несколько факторов: сложность, энергозатратность, малый выход и нестабильное качество графена.

Электронные свойства графена крайне чувствительны к дефектам материала. Появление других атомов в структуре графена приводит к резкому и неожиданному изменению его свойств. Достаточно одного атома водорода, чтобы сделать графен магнитным. А окисление углеродных связей в материале делает его уязвимым в окружающей среде.

Некоторые методы анализа требуют уничтожения части графена, что совсем уж неприемлемо, ведь его с таким трудом добывают. Другие методы требуют дорогостоящего оборудования и специально обученных специалистов. И оптическими микроскопами не всегда обойдешься. Необходимо прибегать к электронной микроскопии, чтобы составить полную картину относительно графена.

17 лет — это много или мало? С момента открытия графена о нем написаны десятки тысяч научных статей как с теоретической точки зрения, так и по следам практических работ и экспериментов. Со стороны может показаться, что эта отрасль так и не сможет покинуть пределы лабораторий. Но слишком уж много надежд возлагается на графен. А человек, который сможет подарить его миру, станет в один ряд с Габером и Бошем, которые придумали, как в промышленных масштабах синтезировать аммиак.

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. [email protected]

Графен кто открыл

Главная » Raznoe » Графен кто открыл

Нобелевская премия по физике 2010 года. Новое лицо углерода

Нобелевскую премию по физике 2010 года присудили за исследования графена — двумерного материала, проявляющего необычные и одновременно весьма полезные свойства. Его открытие сулит не только новые технологии, но и развитие фундаментальной физики, результатом чего могут стать новые знания о строении материи. Лауреатами Нобелевской премии по физике нынешнего года стали Андре Гейм и Константин Новосёлов — профессора Манчестерского университета (Великобритания), выпускники Московского физико-технического института.

Атомы углерода в графене образуют двумерный кристалл с ячейками гексагональной формы.

Нобелевский лауреат по физике 2010 года Андре Гейм (род. в 1958 году) — профессор Манчестерского университета (Великобритания). Окончил Московский физико-технический институт, кандидатскую диссертацию защитил в Институте физики твёрдого тела (г. Черноголо

Нобелевский лауреат по физике 2010 года Константин Новосёлов (род. в 1974 году) — профессор Манчестерского университета (Великобритания) и выпускник Московского физико-технического института. Работал в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо

Графен — одна из аллотропных форм углерода. Впервые был получен поэтапным отшелушиванием тонких слоёв графита. Графен, сворачиваясь, образует нанотрубку или фуллерен.

Одно из возможных применений графена — создание на его основе новой технологии расшифровки химической структуры (секвенирования) ДНК. Учёные из Института наноисследований Кавли (Kavli Institute of nanoscience, Нидерланды) под руководством профессора Декке

‹

›

Графен, материал толщиной всего в один атом, построен из «сетки» атомов углерода, уложенных, подобно пчелиным сотам, в ячейки гексагональной (шести-угольной) формы. Это ещё одна аллотропная форма углерода наряду с графитом, алмазом, нанотрубками и фуллереном. Материал обладает отличной электропроводностью, хорошей теплопроводностью, высокой прочностью и практически полностью прозрачен.

Идея получения графена «лежала» в кристаллической решётке графита, которая представляет собой слоистую структуру, образованную слабо связанными слоями атомов углерода. То есть графит, по сути, можно представить как совокупность слоёв графена (двумерных кристаллов), соединённых между собой.

Графит — материал слоистый. Именно это свойство нобелевские лауреаты и использовали для получения графена, несмотря на то что теория предсказывала (и предыдущие эксперименты подтверждали), что двумерный углеродный материал при комнатной температуре существовать не может — он будет переходить в другие аллотропные формы углерода, например сворачиваться в нанотрубки или в сферические фуллерены.

Международная команда учёных под руководством Андре Гейма, в которую входили исследователи из Манчестерского университета (Великобритания) и Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов (Россия, г. Черноголовка), получила графен простым отшелушиванием слоёв графита. Для этого на кристалл графита наклеивали обычный скотч, а потом снимали: на ленте оставались тончайшие плёнки, среди которых были и однослойные. (Как тут не вспомнить: «Всё гениальное — просто»!) Позже с помощью этой техники были получены и другие двумерные материалы, в том числе высокотемпературный сверхпроводник Bi-Sr-Ca-Cu-O.

Сейчас такой способ называется «микромеханическим расслоением», он позволяет получать наиболее качественные образцы графена размером до 100 микрон.

Другой замечательной идеей будущих нобелевских лауреатов было нанесение графена на подложку из окиси кремния (SiO2). Благодаря этой процедуре графен стало возможным наблюдать под микроскопом (от оптического до атомно-силового) и исследовать.

Первые же эксперименты с новым материалом показали, что в руках учёных не просто ещё одна форма углерода, а новый класс материалов со свойствами, которые не всегда можно описать с позиций классической теории физики твёрдого тела.

Полученный двумерный материал, будучи полупроводником, обладает проводимостью, как у одного из лучших металлических проводников — меди. Его электроны имеют весьма высокую подвижность, что связано с особенностями его кристаллического строения. Очевидно, что это качество графена вкупе с его нанометровой толщиной делает его кандидатом на материал, который мог бы заменить в электронике, в том числе в будущих быстродействующих компьютерах, не удовлетворяющий нынешним запросам кремний. Исследователи полагают, что новый класс графеновой наноэлектроники с базовой толщиной транзисторов не более 10 нм (на графене уже получен полевой транзистор) не за горами.

Сейчас физики работают над дальнейшим увеличением подвижности электронов в графене. Расчёты показывают, что ограничение подвижности носителей заряда в нём (а значит, проводимости) связано с наличием в SiO2-подложке заряженных примесей. Если научиться получать «свободновисящие» плёнки графена, то подвижность электронов можно увеличить на два порядка — до 2×106 см2/В.с. Такие эксперименты уже ведутся, и довольно успешно. Правда, идеальная двумерная плёнка в свободном состоянии нестабильна, но если она будет деформирована в пространстве (то есть будет не идеально плоской, а, например, волнистой), то стабильность ей обеспечена. Из такой плёнки можно сделать, к примеру, наноэлектромеханическую систему — высокочувствительный газовый сенсор, способный реагировать даже на одну-единственную молекулу, оказавшуюся на его поверхности.

Другие возможные приложения графена: в электродах суперконденсаторов, в солнечных батареях, для создания различных композиционных материалов, в том числе сверхлёгких и высокопрочных (для авиации, космических аппаратов и т.д.), с заданной проводимостью. Последние могут чрезвычайно сильно различаться. Например, синтезирован материал графан, который в отличие от графена — изолятор (см. «Наука и жизнь» № 4, 2009 г.). Получили его, присоединив к каждому атому углерода исходного материала по атому водорода. Важно, что все свойства исходного материала — графена — можно восстановить простым нагревом (отжигом) графана. В то же время графен, добавленный в пластик (изолятор), превращает его в проводник.

Почти полная прозрачность графена предполагает использование его в сенсорных экранах, а если вспомнить о его «сверхтонкости», то понятны перспективы его применения для будущих гибких компьютеров (которые можно свернуть в трубочку подобно газете), часов-браслетов, мягких световых панелей.

Но любые приложения материала требуют его промышленного производства, для которого метод микромеханического расслоения, используемый в лабораторных исследованиях, не годится. Поэтому сейчас в мире разрабатывается огромное число других способов его получения. Уже предложены химические методы получения графена из микрокристаллов графита. Один из них, к примеру, даёт на выходе графен, встроенный в полимерную матрицу. Описаны также осаждение из газовой фазы, выращивание при высоком давлении и температуре, на подложках карбида кремния. В последнем случае, который наиболее приспособлен к промышленному производству, плёнка со свойствами графена формируется при термическом разложении поверхностного слоя подложки.

Фантастически велика ценность нового материала для развития физических исследований. Как указывают в своей статье, опубликованной в 2008 году в журнале «Успехи физических наук», Сергей Морозов (Институт проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН), Андре Гейм и Константин Новосёлов, «фактически графен открывает новую научную парадигму — ”релятивистскую” физику твёрдого тела, в которой квантовые релятивистские явления (часть которых не реализуема даже в физике высоких энергий) теперь могут быть исследованы в обычных лабораторных условиях… Впервые в твёрдотельном эксперименте можно исследовать все нюансы и многообразие квантовой электродинамики». То есть речь идёт о том, что многие явления, для изучения которых требовалось строительство огромных ускорителей элементарных частиц, теперь можно исследовать, вооружившись гораздо более простым инструментом — тончайшим в мире материалом.

***

Комментарий специалиста

Мы думали о полевом транзисторе…

Редакция попросила прокомментировать результаты работы нобелевских лауреатов Андре Гейма и Константина Новосёлова их коллегу и соавтора. На вопросы корреспондента «Науки и жизни» Татьяны Зиминой отвечает заведующий лабораторией Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (г. Черноголовка) Сергей Морозов.

— Как вообще родилась идея получить двумерный углеродный материал? В связи с чем? Ожидали какие-либо необычные свойства у этой формы углерода?

— Первоначально у нас не было цели получить двумерный материал из полуметалла, мы пытались сделать полевой транзистор. Металлы, даже толщиной в один атом, для этого не годятся — в них слишком много свободных электронов. Сначала мы получали счётное число атомных плоскостей с кристалла графита, затем стали делать всё более и более тонкие пластинки, пока не получили одноатомный слой, то есть графен.

Графен давно, с середины ХХ века, рассматривали теоретики. Они же и ввели само название двумерного углеродного материала. Именно графен стал у теоретиков (задолго до его экспериментального получения) отправной точкой для расчёта свойств других форм углерода — графита, нанотрубок, фуллеренов. Он же и наиболее хорошо теоретически описан. Конечно, какие-то эффекты, обнаруженные теперь экспериментально, теоретики просто не рассматривали. Электроны в графене ведут себя подобно релятивистским частицам. Но никому в голову раньше не приходила идея изучать, как будет выглядеть эффект Холла в случае релятивистских частиц. Мы обнаружили новый тип квантового эффекта Холла, который явился одним из первых ярких подтверждений уникальности электронной подсистемы в графене. То же можно сказать о присущем графену парадоксе Клейна, известному из физики высоких энергий. В традиционных полупроводниках или металлах электроны могут туннелировать сквозь потенциальные барьеры, но с вероятностью существенно меньше единицы. В графене электроны (подобно релятивистским частицам) проникают даже сквозь бесконечно высокие потенциальные барьеры безотражательно.

— Почему считалось, что двумерный углеродный материал (графен) будет неустойчив при комнатной температуре? И как тогда его удалось получить?

— Ранние работы теоретиков, в которых показана неустойчивость двумерных материалов, относились к бесконечной идеальной двумерной системе. Более поздние работы показали, что в двумерной системе всё-таки может существовать дальний порядок (который присущ кристаллическим телам. — Прим. ред.) при конечной температуре (комнатная температура для кристалла — достаточно низкая температура). Реальный же графен в подвешенном состоянии всё же, видимо, не идеально плоский, он слегка волнистый — высота поднятий в нём порядка нанометра. В электронный микроскоп эти «волны» не видны, но есть другие их подтверждения.

— Графен — это полупроводник, если я правильно понимаю. Но кое-где я нахожу определение — полуметалл. К какому же классу материалов он относится?

— Полупроводники имеют запрещённую зону определённой ширины. У графена она — нулевая. Так что его можно назвать полупроводником с нулевой запрещённой зоной или же полуметаллом с нулевым перекрытием зон. То есть он занимает промежуточное положение между полупроводниками и полуметаллами.

— Кое-где в популярной литературе упоминается о других двумерных материалах. Пробовала ли ваша группа получить какие-либо из них?

— Буквально через год после получения графена мы получили двумерные материалы из других слоистых кристаллов. Это, например, нитрид бора, некоторые дихалькогениды, высокотемпературный сверхпроводник Bi-Sr-Ca-Cu-O. Они не повторяли свойств графена — одни из них вообще были диэлектриками, другие имели очень низкую проводимость. Многие исследовательские группы в мире занимаются изучением двумерных материалов. Сейчас мы используем нитрид бора в качестве подложки для графеновых структур. Оказалось, это радикально улучшает свойства графена. Также, если говорить о применении графена для создания композитных материалов, нитрид бора здесь один из главных его конкурентов.

— Какие существующие методы получения графена наиболее перспективны?

— На мой взгляд, сейчас существуют два таких основных метода. Первый — это рост на поверхности плёнок некоторых редкоземельных металлов, а также меди и никеля. Затем графен надо перенести на другие подложки, и это уже научились делать. Данная технология переходит в стадию коммерческих разработок.

Другой метод — выращивание на карбиде кремния. Но хорошо бы научиться растить графен на кремнии, на котором построена вся современная электроника. Тогда бы разработка графеновых устройств пошла бы семимильными шагами, поскольку графеновая электроника естественным путём расширила бы функциональные возможности традиционной микроэлектроники.

Детальное описание иллюстрации

www. nkj.ru

Как «мусорные физики» из России получили Нобелевскую премию. Фото

Это будущее приближают десятки лабораторий во всем мире. Путь от фундаментального открытия до практических результатов в случае с графеном преодолевается даже не за годы, а за месяцы. «Год назад я скептически относился к применению графена в электронике, сейчас это становится вполне реальным бизнесом», — говорит автор открытия Константин Новоселов.

Агентство Thomson Reuters в прошлом году сочло графен достойным Нобелевской премии. В список вероятных лауреатов включены Новоселов и его руководитель — Андрей Гейм, директор Центра мезоскопической физики при Манчестерском университете. «Нобелевку» они пока не получили, но их шансы с каждым годом будут расти. Даже удивительно, что материал со столь блестящими перспективами был получен с помощью липкой ленты, которая случайно не попала в мусорное ведро.

Графен представляет собой слой углерода толщиной в один атом. Миллиарды таких слоев образуют графит, из которого делают грифели для карандашей. В возможность отделить один слой никто не верил. Семьдесят лет назад Лев Ландау и Рудольф Пайерлс доказали, что таких материалов существовать не может: силы взаимодействия между атомами должны смять их в гармошку или свернуть в трубочку.

Графен оказался исключением из этого правила. Гейм и Новоселов обратили внимание на обычный скотч, с помощью которого готовят образцы графита для работы на сканирующем туннельном микроскопе. Скотч отрывает графитные слои, оставляя абсолютно гладкую поверхность. Ленту выбрасывают вместе с тем, что к ней прилипло. «За то, что мы ее подобрали и исследовали, нас обозвали garbage scientists — мусорными учеными», — смеется Новоселов. Склеивая и разлепляя ленту с хлопьями графита несколько раз, Новоселов получил то, что считалось невозможным, — слои графита толщиной в один атом. Их площадь достигала одного квадратного миллиметра: этого более чем достаточно, чтобы перенести графен на подложку и исследовать механические и электронные свойства. В 2004 году в журнале Science вышла эпохальная статья Гейма, Новоселова и их давнего коллеги Сергея Морозова. Свойства — проводимость, прочность, стабильность — оказались уникальными.

«У графена есть свойства, которых нет ни у одного материала, — говорит Новоселов, — это в буквальном смысле материя, ткань. С ней можно делать то же самое, что вот с этой салфеткой: сгибать, сворачивать, растягивать…» Бумажная салфетка неожиданно рвется у него в руках. С графеном такого не случится, замечает физик, это самый прочный материал на Земле.

Почему в графене видят материал, который вытеснит кремниевую электронику? Электроны в нем перемещаются в сотню раз быстрее, чем в кремнии. В прошлом году Гейм и Новоселов с соавторами показали, что из графена можно делать транзисторы, управляемые отдельными электронами. Все это позволит создать более миниатюрные и быстрые микросхемы, которые и греются намного меньше кремниевых.

Не хотел бы Новоселов заработать на своем открытии? Физик смотрит на меня с недоумением. Для него есть вещи поинтереснее. «Мы заканчиваем исследования задолго до того, как начинается коммерциализация, — объясняет он, — и не пытаемся заниматься технологиями». Представителей компаний, которые обращаются к ним, Гейм и Новоселов обычно отправляют в Graphene Industries — фирму, созданную их студентами. Те вручную делают пластинки графена и поштучно продают в лаборатории IBM, Intel, Samsung.

До 2020 года, по прогнозам исследовательской компании Lux Research, графен не поколеблет основы кремниевой электроники. Но уже сейчас новый материал обходит кремний по флангам, показывая себя в новых приложениях. Например, в сверхбыстрых высокочастотных транзисторах для приемников и передатчиков мобильной связи. «Опытные образцы появились в начале года, а сейчас у них уже наблюдаются рекордные показатели», — говорит Новоселов. Особенно продвинулись в их создании IBM и HRL (близкие к оборонному заказу исследовательские лаборатории, которыми совместно владеют Boeing и General Motors). В конце прошлого года HRL получили грант на 50-месячную программу графеновой электроники, которую координирует SPAWAR — инжиниринговый центр Военно-морского флота США. «Они даже не притворяются, что занимаются физикой, а прямо говорят, что делают приборы», — замечает Новоселов.

Развитие графеновой темы привлекло к ней внимание частных инвесторов. Несколько американских компаний замахнулись на производство сотен тонн графена к концу 2010 года. Такие объемы могут затоварить рынок радиочастотных транзисторов навечно, но производители пока ориентируются не на электронику.

Уже сейчас графен востребован как наполнитель для композитных материалов, говорит гендиректор фирмы XG Sciences Майкл Нокс. Гендиректор фирмы Angstron Materials Бор Джанг предлагает использовать графен в устройствах для хранения энергии — аккумуляторах и суперконденсаторах, а также топливных элементах, которые вырабатывают электроэнергию от соединения водорода с кислородом. Компания Vorbeck Materials продает Vor-ink — «чернила», позволяющие печатать электронные схемы.

Нокс узнал о графене в 2006 году от профессора Мичиганского университета Лоуренса Дрзала, который убедил его в том, что на графене можно хорошо заработать. «Я как раз продал свой предыдущий бизнес и искал какую-нибудь перспективную технологию, — вспоминает Нокс. — С тех пор ажиотаж вокруг графена непрерывно растет».

Джанг — пример ученого-предпринимателя, словно сошедший со страниц брошюры о коммерциализации технологий. С 2005 года он декан Колледжа технических и компьютерных наук при Университете Райта. Старт его компании Nanotek Instruments в 1997 году обеспечили гранты Министерства энергетики США. Затем от Nanotek отпочковалась Angstron. Свой первый патент, связанный с графеном, Джанг заявил еще в 2002-м — за два года до революционной работы русских физиков. «Их заслуга в том, что они первыми обнаружили необычные электронные свойства изолированных листов графена», — объясняет Джанг. К 2015 году он скромно планирует занять 30–40% мирового рынка графена, а еще раньше — провести IPO или продать компанию крупному инвестору. Vorbeck уже обзавелась серьезным партнером: для немецкого химического гиганта BASF фирма разрабатывает токопроводящую краску.

Чтобы фундаментальное открытие было применено на практике, оно должно обрасти тысячами изобретений. От создания первого транзистора в 1947 году до распространения интегральных схем, обеспечивших первенство кремниевой электроники, прошло почти два десятилетия. Если графеновая революция пойдет теми же темпами, универсальный гаджет, о котором мечтают южнокорейские исследователи, появится на прилавках самое позднее в 2022 году.

www.forbes.ru

Графен и его применение. Открытие графена. Нанотехнологии в современном мире

Сравнительно недавно в науке и технике появилась новая область, которую назвали нанотехнологией. Перспективы данной дисциплины не просто обширны. Они грандиозны. Частица, именуемая «нано», представляет собой величину, равную одной миллиардной доле от какого-либо значения. Подобные размеры можно сравнить только с размерами атомов и молекул. Например, нанометром называют одну миллиардную долю метра.

Основное направление новой области науки

Нанотехнологиями называют те, которые манипулируют веществом на уровне молекул и атомов. В связи с этим данную область науки называют еще и молекулярной технологией. Что же явилось толчком к ее развитию? Нанотехнологии в современном мире появились благодаря лекции Ричарда Фейнмана. В ней ученый доказал, что не существует никаких препятствий для создания вещей непосредственно из атомов.

Средство для эффективного манипулирования мельчайшими частицами назвали ассемблером. Это молекулярная наномашина, с помощью которой можно выстроить любую структуру. Например, природным ассемблером можно назвать рибосому, синтезирующую белок в живых организмах.

Нанотехнологии в современном мире являются не просто отдельной областью знаний. Они представляют собой обширную сферу исследований, непосредственно связанную со многими фундаментальными науками. В их числе находятся физика, химия и биология. По мнению ученых, именно эти науки получат наиболее мощный толчок к развитию на фоне грядущей нанотехнической революции.

Область применения

Перечислить все сферы деятельности человека, где на сегодняшний день используются нанотехнологии, невозможно из-за весьма внушительного перечня. Так, при помощи данной области науки производятся:

— устройства, предназначенные для сверхплотной записи любой информации;- различная видеотехника;

— сенсоры, солнечные элементы, полупроводниковые транзисторы;

— информационные, вычислительные и информационные технологии;- наноимпринтинг и нанолитография;- устройства, предназначенные для хранения энергии, и топливные элементы;- оборонные, космические и авиационные приложения;

— биоинструментарий.

На такую научную область, как нанотехнологии, в России, США, Японии и ряде европейских государств с каждым годом выделяется все больше финансирования. Это связано с обширными перспективами развития данной сферы исследований.

Нанотехнологии в России развиваются согласно целевой Федеральной программе, которая предусматривает не только большие финансовые затраты, но и проведение большого объема конструкторских и научно-исследовательских работ. Для реализации поставленных задач происходит объединение усилий различных научно-технологических комплексов на уровне национальных и транснациональных корпораций.

Новый материал

Нанотехнологии позволили ученым изготовить углеродную пластину более твердую, чем алмаз, толщина которой составляет всего один атом. Состоит она из графена. Это самый тонкий и прочный материал во всей Вселенной, который пропускает электричество намного лучше кремния компьютерных чипов.

Открытие графена считается настоящим революционным событием, которое позволит многое изменить в нашей жизни. Этот материал обладает настолько уникальными физическими свойствами, что в корне меняет представление человека о природе вещей и веществ.

История открытия

Графен представляет собой двухмерный кристалл. Его структура является гексагональной решеткой, состоящей из атомов углерода. Теоретические исследования графена начались задолго до получения его реальных образцов, так как данный материал является базой для построения трехмерного кристалла графита.

Еще в 1947 г. П. Воллес указал на некоторые свойства графена, доказав, что его структура аналогична металлам, и некоторые характеристики подобны тем, которыми обладают ультрарелятивистские частицы, нейтрино и безмассовые фотоны. Однако у нового материала есть и определенные существенные отличия, делающие его уникальным по своей природе. Но подтверждение этим выводам было получено только в 2004 г., когда Константином Новоселовым и Андреем Геймом впервые был получен углерод в свободном состоянии. Это новое вещество, которое назвали графеном, и стало крупным открытием ученых. Найти этот элемент можно в карандаше. Его графитовый стержень состоит из множества слоев графена. Каким образом карандаш оставляет след на бумаге? Дело в том, что, несмотря на прочность составляющих стержень слоев, между ними существуют весьма слабые связи. Они очень легко распадаются при соприкосновении с бумагой, оставляя след при письме.

Использование нового материала

По мнению ученых, сенсоры, созданные на основе графена, смогут анализировать прочность и состояние самолета, а также предсказывать землетрясения. Но только тогда, когда материал с такими потрясающими свойствами покинет стены лабораторий, станет понятно, в каком направлении пойдет развитие практического применения данного вещества. На сегодняшний день химики, физики, а также инженеры-электронщики уже заинтересовались уникальными возможностями графена. Ведь всего несколькими граммами этого вещества можно покрыть территорию, равную футбольному полю.

Графен и его применение потенциально рассматриваются в производстве легковесных спутников и самолетов. В этой сфере новый материал способен заменить углеродные волокна в композиционных материалах. Нановещество может быть использовано вместо кремния в транзисторах, а его внедрение в пластмассу придаст ей электропроводность.

Графен и его применение рассматриваются и в вопросах изготовления датчиков. Эти устройства, выполненные на основе новейшего материала, будут способны обнаруживать самые опасные молекулы. А вот использование пудры из нановещества при производстве электрических аккумуляторов в разы увеличит их эффективность.

Графен и его применение рассматриваются в оптоэлектронике. Из нового материала получится очень легкий и прочный пластик, контейнеры из которого позволят в течение нескольких недель сохранять продукты в свежем состоянии.

Использование графена предполагается и для изготовления прозрачного токопроводящего покрытия, необходимого для мониторов, солнечных батарей и более крепких и устойчивых к механическим воздействиям ветряных двигателей.

На основе наноматериала получатся лучшие спортивные снаряды, медицинские имплантаты и суперконденсаторы.

Также графен и его применение актуальны для:

— высокочастотных высокомощных электронных устройств;- искусственных мембран, разделяющих две жидкости в резервуаре;- улучшения свойства проводимости различных материалов;- создания дисплея на органических светодиодах;- освоения новой техники ускоренного секвенирования ДНК;- улучшения жидкокристаллических дисплеев;

— создания баллистических транзисторов.

Использование в автомобилестроении

Согласно данным исследователей, удельная энергоемкость графена приближается к 65 кВт*ч/кг. Данный показатель в 47 раз превышает тот, который имеют столь распространенные ныне литий-ионные аккумуляторы. Этот факт ученые использовали для создания зарядных устройств нового поколения.

Графен-полимерный аккумулятор — прибор, при помощи которого максимально эффективно удерживается электрическая энергия. В настоящее время работа над ним ведется исследователями многих стран. Значительных успехов достигли в этом вопросе испанские ученые. Графен-полимерный аккумулятор, созданный ими, имеет энергоемкость, в сотни раз превышающую подобный показатель у уже существующих батарей. Используют его для оснащения электромобилей. Машина, в которой установлен графеновый аккумулятор, может проехать без остановки тысячи километров. На подзарядку электромобиля при исчерпании энергоресурса понадобится не более 8 минут.

Сенсорные экраны

Ученые продолжают исследовать графен, создавая при этом новые и не имеющие аналогов вещи. Так, углеродный наноматериал нашел свое применение в производстве, выпускающем сенсорные дисплеи с большой диагональю. В перспективе может появиться и гибкое устройство подобного типа.

Ученые получили графеновый лист прямоугольной формы и превратили его в прозрачный электрод. Он-то и участвует в работе сенсорного дисплея, отличаясь при этом долговечностью, повышенной прозрачностью, гибкостью, экологичностью и низкой стоимостью.

Получение графена

Начиная с 2004 г., когда был открыт новейший наноматериал, ученые освоили целый ряд методов его получения. Однако самыми основными из них считаются способы:

— механической эксфолиации;- эпитаксиального роста в вакууме;

— химического перофазного охлаждения (CVD-процесс).

Первый из этих трех методов является наиболее простым. Производство графена при механической эксфолиации представляет собой нанесение специального графита на клейкую поверхность изоляционной ленты. После этого основу, подобно листу бумаги, начинают сгибать и разгибать, отделяя нужный материал. При применении данного способа графен получается самого высокого качества. Однако подобные действия не годятся для массового производства данного наноматериала.

При использовании метода эпитаксиального роста применяют тонкие кремниевые пластины, поверхностный слой которых является карбидом кремния. Далее этот материал нагревают при очень высокой температуре (до 1000 К). В результате химической реакции происходит отделение атомов кремния от атомов углерода, первые из которых испаряются. В результате на пластинке остается чистый графен. Недостатком подобного метода является необходимость использования очень высоких температур, при которых может произойти сгорание атомов углерода.

Самым надежным и простым способом, применяемым для массового производства графена, является CVD-процесс. Он представляет собой метод, при котором протекает химическая реакция между металлическим покрытием-катализатором и углеводородными газами.

Где производится графен?

На сегодняшний день крупнейшая компания, изготавливающая новый наноматериал, находится в Китае. Название этого производителя — Ningbo Morsh Technology. Производство графена начато им в 2012 году.

Главным потребителем наноматериала выступает компания Chongqing Morsh Technology. Графен используется ею для производства проводящих прозрачных пленок, которые вставляют в сенсорные дисплеи.

Сравнительно недавно известная компания Nokia оформила патент на светочувствительную матрицу. В составе этого столь необходимого для оптических приборов элемента находится несколько слоев графена. Такой материал, использованный на датчиках камер, в значительной мере увеличивает их светочувствительность (до 1000 раз). При этом наблюдается и снижение потребления электроэнергии. Хорошая камера для смартфона также будет содержать графен.

Получение в бытовых условиях

Можно ли изготовить графен в домашних условиях? Оказывается, да! Необходимо просто взять кухонный блендер мощностью не менее 400 Вт, и следовать методике, разработанной ирландскими физиками.

Как же изготовить графен в домашних условиях? Для этого в чашу блендера выливают 500 мл воды, добавляя в жидкость 10-25 миллилитров любого моющего вещества и 20-50 грамм толченого грифеля. Далее прибор должен поработать от 10 минут до получаса, вплоть до появления взвеси из чешуек графена. Полученный материал будет обладать высокой проводимостью, что позволит использовать его в электродах фотоэлементов. Также произведенный в бытовых условиях графен способен улучшить свойства пластика.

Оксиды наноматериала

Ученые активно исследуют и такую структуру графена, которая внутри или по краям углеродной сетки имеет присоединенные кислородосодержащие функциональные группы или (и) молекулы. Это оксид самого твердого нановещества, который является первым двумерным материалом, дошедшим до стадии коммерческого производства. Из нано- и микрочастиц этой структуры ученые изготовили сантиметровые образцы.

Так, оксид графена в сочетании с диофилизированным углеродом был недавно получен китайскими учеными. Это весьма легкий материал, сантиметровый кубик которого удерживается на лепестках небольшого цветка. Но при этом новое вещество, в котором находится оксид графена, является одним из самых твердых в мире.

Биомедицинское применение

Оксид графена обладает уникальным свойством селективности. Это позволит данному веществу найти биомедицинское применение. Так, благодаря работам ученых стало возможным использование оксида графена для диагностики раковых заболеваний. Обнаружить злокачественную опухоль на ранних стадиях ее развития позволяют уникальные оптические и электрические свойства наноматериала.

Также оксид графена позволяет производить адресную доставку лекарственных и диагностических средств. На основе данного материала создаются сорбционные биодатчики, указывающие на молекулы ДНК.

Индустриальное применение

Различные сорбенты на основе оксида графена могут быть применены для дезакцивации зараженных техногенных и природных объектов. Крое того, данный наноматериал способен переработать подземные и поверхностные воды, а также почвы, очистив их от радионуклидов.

Фильтры из оксидов графена могут обеспечить суперчистотой помещения, где производятся электронные компоненты специального назначения. Уникальные свойства данного материала позволят проникнуть в тонкие технологии химической сферы. В частности, это может быть извлечение радиоактивных, рассеянных и редких металлов. Так, использование оксида графена позволит добыть золото из бедных руд.

fb.ru

Что такое графен и чем он интересен

Не так давно компания Samsung объявила о том, что её учёные открыли недорогой способ массового производства графена. В данном материале мы попытаемся рассказать, что такое графен и почему его принято называть «материалом будущего».

Что такое графен?

Графен — это двумерная аллотропная форма углерода, в которой объединённые в гексагональную кристаллическую решётку атомы образуют слой толщиной в один атом. Графен был открыт в 2004 году двумя выходцами из России — Андреем Геймом и Константином Новосёловым — которые, как это часто бывает, не смогли реализовать свой научный потенциал в родной стране и уехали работать в Нидерланды и Великобританию соответственно. За открытие графена Гейм и Новосёлов в 2010 году получили Нобелевскую премию по физике.

Открыватели графена Андрей Гейм и Константин Новосёлов

Необычные свойства графена сулят этому материалу блестящее будущее. Мы перечислим лишь некоторые из них, которые на наш взгляд, представляют максимальный интерес.

Начнём с механических свойств. Графен обладает очень высокой прочностью. Лист графена площадью в один квадратный метр (и толщиной, напомним, всего лишь в один атом!) способен удерживать предмет массой 4 килограмма. Вследствие двумерной структуры, графен является очень гибким материалом, что в будущем позволит использовать его, например, для плетения нитей (при этом тоненькая графеновая «верёвка» по прочности будет аналогична толстому и тяжёлому стальному канату). Кроме того, в определённых условиях графен способен сам «залечивать» «дырки» в своей кристаллической структуре.

Графен — это материал с очень высокой проводимостью электричества и тепла, что делает его идеальным для применения в различных электронных устройствах, особенно если впомнить о его гибкости и полной оптической прозрачности. Уже были изготовлены экспериментальные солнечные батареи, в которых графен используется в качестве замены сравнительно дорогого селенида индия. При этом «графеновые» солнечные батареи демонстрируют более высокую эффективность.

Гибкая подложка с графеновыми электродами

Ещё одно возможное применение графена — создание гибкой электроники и, в частности, гибких дисплеев. Сейчас в экранах (как жидкокристаллических, так и OLED) в качестве прозрачного проводника используется оксид индия-олова, который относительно дорог и при этом хрупок. В этом смысле высокая прочность и гибкость графена делают его идеальным кандидатом на замену. Широкое распространение графена наверняка даст хороший стимул развитию носимой электроники, поскольку позволит встраивать чипы в одежду, бумагу и другие повседневные вещи.

Тестовая пластина с «графеновыми» чипами IBM

Графен также рассматривается в качестве перспективного материала для создания полевых транзисторов, что открывает широкие возможности по миниатюризации электроники. Например, в последнее время принято говорить о том, что знаменитый «закон Мура» скоро себя исчерпает, поскольку классический кремниевый транзистор нельзя уменьшать бесконечно. В то же время транзисторы, в которых используется графен, можно сделать очень небольшими без потери полезных свойств. Компания IBM уже объявила о создании интегральных схем на основе графеновых транзисторов, которые к тому же способны бесперебойно работать при температурах до 128 градусов Цельсия.

Схема работы графенового фильтра

Также графеновая плёнка, как оказалось, является отличным фильтром для воды, поскольку она пропускает молекулы воды и при этом задерживает все остальные. Возможно, в будущем это поможет снизить стоимость опреснения морской воды. Несколько месяцев назад компания Lockheed Martin представила графеновый фильтр для воды под названием Perforene, которые, по утверждению производителя, на 99% снижает энергетические затраты на опреснение.

Наконец, не можем не отметить, что благотворительный Фонд Билла и Мелинды Гейтс в прошлом году выделил грант в размере 100 тысяч долларов на «разработку новых композитных эластичных материалов для презервативов, включающих наноматериалы типа графена».

В сухом остатке

У каждой эпохи есть своё ключевое открытие, которое задаёт темпы и направление прогресса на много лет вперёд. Например, металлургия стала основой промышленной революции, а изобретение полупроводникового транзистора в XX веке сделало возможным появление современного мира в том виде, каким мы его знаем. Станет ли графен таким чудо-материалом XXI века, который позволит создавать устройства, о которых мы сейчас и не догадываемся? Вполне может быть. Пока же нам остаётся только с интересом следить за исследованиями в этой области.

gagadget.com

Смотрите также

• Кто написал берестяная трубочка
• Маша и медведь создатели
• Кто изобрел первый в мире вертолет
• Кто придумал крипипасту
• Кто написал матренин двор
• Кто написал чудак из 6 б
• Барашев фарит создатель мирового матриархата
• Каштанка кто написал автор
• Сиртаки кто написал
• Замок кто написал
• Кто первый принял христианство армяне или русские

Шнобелевская премия не помешала русским учёным изменить мир

06 октября 2010
11:01

Вести ФМ

В Стокгольме объявлены лауреаты Нобелевской премии в номинации «Физика». Ими стали сотрудники университета Манчестера Андрей Гейм и Константин Новоселов — россияне по происхождению. Высшее признание шведской академии им принесло создание графена.

В Стокгольме объявлены лауреаты Нобелевской премии в номинации «Физика». Ими стали сотрудники университета Манчестера Андрей Гейм и Константин Новоселов — россияне по происхождению. Высшее признание шведской академии им принесло создание графена. Подробнее о лауреатах и их исследованиях – корреспондент «Вести ФМ» Ольга Беляева.

Графен — это углерод, представляющий собой лист из одного слоя атомов этого элемента. Он обладает большим количеством уникальных свойств. В частности, графен считается самым прочным материалом на Земле, прекрасно проводит электрический ток и при этом практически прозрачен. Последнее свойство делает графен удобным материалом для сенсорных дисплеев. То, что он получен — большая удача, уверен декан факультета общей и прикладной физики МФТИ Михаил Трунин. Именно в этом институте получали высшее образование лауреаты Нобелевской премии.

«Эта премия выдана за новый класс веществ. Он смог создать и доказать существование монослоя — единственного слоя решетки графита», — поясняет Трунин.

То, что удалось Новоселову и Гейму — достижение, которое может совершить прорыв в физической науке, считает заведующий отделом теоретической физики технологического института в Карлсруэ Александр Мирлин.

«Это, несомненно, одно из самых больших открытий в физике последнего десятилетия. Оно вызвало бурю интереса во всем мире. У этих систем исключительно интересные физические свойства. Графен вместе с углеродными нанотрубками будут основой наноэлектроники. Идет исследование применения этого элемента в разных композитных материалах», — утверждает Мирлин.

Получить графен трудно, но при желании можно даже в домашних условиях, поделился секретом из области «занимательная физика» академик Российской академии наук Владимир Захаров.

«Получать графен килограммами никак нельзя. Технология чрезвычайно сложная. Но один листик графена вы можете получить сами. Начертите на мраморе линию карандашом, затем заклейте скотчем, дерните, а потом растворите этот скотч в какой-нибудь кислоте. То, что выпадет, там будет кусочек графена микронного размера», — рассказывает Захаров.

Жена Андрея Гейма Ирина Григорьева работает вместе с мужем и является свидетелем многих его открытий и изобретений.

«Для Андрея физика и работа всегда являются самым важным аспектом жизни. Ему безумно интересно, он работал в нескольких областях физики. Энтузиазм, интерес — они не уменьшаются. Каждое направление физики приносит ему ту же радость, удовольствие, возбуждение», — рассказывает Ирина.

Сам лауреат подтвердил, что премия не самоцель, работа для него главное, а фундамент, заложенный российской научной школой, залог будущих успехов.

Эта Нобелевская премия не первая, надеюсь, и не последняя из премий, которые я получу. Учился на физтехе и получил образование в Черноголовке — в Институте твёрдого тела и в Институте микроэлектроники – это, конечно, задел на всю жизнь. Такого образования не получишь ни в Кембридже, ни в Гарварде – нигде», — поясняет Гейм.

Андрей Гейм не оговорился относительно нескольких Нобелевских премий. В 2000 году он стал лауреатом Шнобелевской премии — шуточного аналога Нобелевской, присуждаемого за исследования, которые не нужно повторять. Гейм и его коллега провели ряд опытов по использованию магнитов для поддержания лягушек в состоянии левитации.

новости

Ранее по теме

• Шнобель: клизмы майя, запоры скорпионов, алгоритмы для сплетников

• Шнобель-2021: оргазм против насморка, борода против ударов и пузо против коррупции

• Защищает мужика борода: в США вручили Шнобелевскую премию

• Шнобелевка-2018: как провести колоноскопию самому себе и изучить ночную эрекцию при помощи марок

• «Шнобеля» дали за совет избавляться от камней в почках на американских горках

• Шнобелевская премия-2017: жидкие кошки, объятия с крокодилом и отвращение к сыру

4 отличных метода получения графена в домашних условиях, а также основы графена

Что такое графен?

Графен представляет собой однослойный углеродный полимер.

Графен состоит из чистого углерода. Это материал, в котором атомы углерода расположены в один слой, образуя соты.
Следует подчеркнуть, что этот слой углерода имеет толщину всего в один атом, хотя некоторые авторы считают графеном до десяти слоев углерода.
Если бы мы наложили друг на друга десять или более слоев графена, полученное вещество назвали бы графитом, который мы используем в грифелях карандашей.

Термин «графен» ввел Ханнс-Питер Бём. Некоторые ученые называют графен фразой «полупроводник с нулевой запрещенной зоной».
Он также известен под вариантами написания, такими как графен и графен, но они неверны в английском языке, хотя они могут быть допустимы в других языках.

Если вы заинтересованы в создании собственного графена, прокрутите вниз до раздела «Как сделать графен дома» или
посетите отдельную страницу только с инструкциями по графену своими руками.
Вы, вероятно, захотите прокрутить вниз, если вы уже слышали о производстве графена с помощью DVD-привода Lightscribe, но вам нужен оксид графита в качестве отправной точки.
Если вы хотите инвестировать в графен или технологию, связанную с графеном, ознакомьтесь с разделом «Как инвестировать в графен».

Открытие графена

Теоретически графен был предсказан Филипом Р. Уоллесом в его работе под названием «Полосная теория графита», опубликованной в Physical Review в 1947 году.
Графен был открыт в 2003 году Андреем Геймом и Костей Новоселовым в Манчестерском университете, а результаты были опубликованы в 2004 году.
За эту работу они были удостоены Нобелевской премии 2010 года.
Чтобы пояснить это, хотя графен успешно выращивался на различных монокристаллических подложках с 19 в.70-е,
только в 2003 году графен был окончательно выделен в свободной форме. Интересно знать, что использовали обычные липкие
лента для производства небольшого количества графена.
Это очень важно, потому что электрические и физические свойства графена значительно отличаются, когда он находится в свободном состоянии.
в отличие от того, чтобы быть связанным с поддерживающей кристаллической структурой.

Свойства графена

Графен обладает рядом очень интересных свойств. Как мы узнали, графен представляет собой сотовую структуру, состоящую исключительно из атомов углерода.
Мы делаем все возможное, чтобы объяснить эти свойства с точки зрения непрофессионала. Если вы предпочитаете сами видеть цифры вместе с нашими источниками, пожалуйста
посетите нашу страницу о свойствах графена. Эта страница может пригодиться
если вы проводите какое-то научное исследование или просто хотите узнать, где найти точную информацию. Если иное не отмечено,
Основное внимание в этой статье уделяется графену свободной формы.

Электронная транспортная система и мобильность электронов

Очень важным свойством графена является его уникальная система электронного транспорта и, как следствие, высокая подвижность электронов.
Подвижность электронов описывает, насколько быстро электрон может двигаться через материал.
Металлы и полупроводники представляют особый интерес из-за их использования в электронике.

Скорость электрона ограничена взаимодействием с кристаллической решеткой.
С точки зрения непрофессионала, когда электрон движется через материал,
он сталкивается с атомами, из которых состоит материал, и эти столкновения замедляют электрон, ограничивая его максимальную скорость (тем самым нагревая материал,
создавая кошмары для инженеров, работающих над этим).
Реальность, конечно, немного сложнее, но этого приближения достаточно для нашего обсуждения.

В то время как кремний, являющийся основой современной микроэлектроники, имеет подвижность электронов 2/Vs,
графен имеет подвижность электронов 200000 см ² /Вс, что почти в 200 раз выше, чем у кремния. Это означает, что электроны движутся намного быстрее через графен.

Графен превосходит кремний по скорости

Судя только по этому факту, теоретически электронные устройства на основе графена могут работать почти в 200 раз быстрее, чем обычные устройства на основе кремния.
Исследователям IBM удалось добиться частоты переключения до 280 ГГц в графеновом полевом транзисторе с длиной затвора 40 нм.
Ученые ожидают, что в 2013 году частота среза графеновых полевых транзисторов достигнет 600 ГГц.
в то время как теоретический предел составляет примерно до 10 ТГц, если длина затвора составляет несколько нм.
Для сравнения, кремний-германиевые (SiGe) транзисторы достигают максимальной рабочей частоты менее 100 ГГц.
Будем надеяться, что прорыв в графене поддержит закон Мура.

Низкое удельное сопротивление

Еще одним свойством графена, тесно связанным с высокой подвижностью электронов, является его низкое удельное сопротивление.
Удельное сопротивление листа графена составляет 10 ^-6 Ом*см. Чтобы представить это число в перспективе,
удельное сопротивление графена ниже, чем удельное сопротивление серебра при комнатной температуре.
Кстати, при комнатной температуре серебро было материалом с самым низким удельным сопротивлением, известным ученым — до тех пор, пока не появился графен.

Почему свободная форма графена лучше?

Графен произвольной формы действует как волновод для электронов. Это означает, что они могут свободно течь без столкновений.
со скоростью примерно 1/10 скорости света в вакууме. Однако при выращивании графена на такой подложке, как SiO2,
его электронная подвижность уменьшается в пять раз. Снижение подвижности электронов является следствием чувствительных электронных орбиталей графена,
которые меняют форму при контакте с другими материалами.
Вот почему ученые изучают способы более эффективного производства и взаимодействия с графеном произвольной формы.

Графен, вероятно, пока что звучит как довольно крутой материал. Если вы заинтересованы в создании собственного графена,
прочитайте, как сделать графен, или просто продолжайте читать, информация находится ниже по странице.

Графеновые транзисторы и графеновая логика

Транзисторы в цифровых схемах имеют два разных состояния:
ON и OFF (транзисторы на самом деле имеют несколько различных состояний, помимо ON и OFF, но эти два состояния представляют основной интерес в данном обсуждении).
Чистый графен создает проблемы, проводя значительный ток даже в выключенном состоянии.
Графен проводит ток в выключенном состоянии, потому что это полупроводник с нулевой запрещенной зоной.
Полупроводник с нулевой запрещенной зоной не нуждается во внешнем электрическом поле, чтобы стать проводящим.
Результат: графеновые логические элементы имеют высокое рассеивание статической мощности — они потребляют энергию как при включенном, так и при выключенном устройстве.
Есть два подхода к решению этой проблемы: укоротить длину затвора или использовать легированный графен.

Графен можно легировать так же, как и кристалл кремния. При легировании ионами калия подвижность электронов может быть снижена до 20 раз.
В таких случаях желаемым эффектом является контролируемое снижение подвижности электронов.
Необходимы дополнительные исследования для выявления оптимальных легирующих примесей и их концентраций.

Самовосстанавливающиеся свойства

Одним из интересных свойств графена является самовосстановление. Это означает, что если мы удалим атом углерода из любого места внутри графенового листа,
а затем подвергнуть лист атомам углерода или некоторым углеродсодержащим молекулам, одна из них идеально встанет на место,
заполняя отверстие, созданное удаленным атомом углерода, и вписываясь в шестиугольный узор.
Способность к самовосстановлению имеет большое значение для нанотехнологий, поскольку один случайный ион может пробить дыру в наноструктуре, сделав ее бесполезной.
Если наноструктура способна к самовосстановлению, то она сможет противостоять суровым воздействиям окружающей среды.

Теплопроводность

Графен является чрезвычайно хорошим проводником тепла. На самом деле, он настолько эффективно проводит тепло, что можно разрезать кубик льда.
с помощью графенового листа. Графен поглощает тепло ваших пальцев, когда вы держите его, и передает и концентрирует тепло в небольшой
область, где графеновое «лезвие» соприкасается со льдом. Лед моментально тает, и по мере его таяния выделяется все больше и больше тепла.
передается из вашей руки через графен и, наконец, в лед, который еще больше растапливает.

Относительная прочность материала по сравнению с весом

Легкий материал на основе графена.

Этот захватывающий новый материал является одним из самых прочных материалов, известных науке. Благодаря толщине в один атом,
графен может быть упакован в небольшой объем, сохраняя при этом чрезвычайно большую площадь поверхности.
Один квадратный метр (10,7 квадратных футов) графена весит менее 1 миллиграмма. Это делает его материалом с превосходным соотношением веса к площади и площади к объему по сравнению с другими материалами с высокой удельной площадью.
Несмотря на то, что он очень прочный, углеродный слой имеет толщину всего в один атом и легко ломается. Это делает работу с графеном
сложная задача. Ученые разработали материалы на основе графена, которые используют уникальные свойства графена, делая его достаточно толстым, чтобы
выдерживать гораздо более высокие нагрузки.

Как купить графен?

Графен доступен у ряда онлайн- и офлайн-реселлеров. Цена графена на данный момент не очень привлекательна: около 300 долларов (около 250 евро).
за 1 грамм чистого 3-нм фильтрованного графенового нанопорошка. Конечно, ожидается, что цена на графен будет снижаться по мере увеличения числа производителей. Альтернативно,
если вы хотите зарабатывать деньги, а не тратить их, взгляните на статью «Как инвестировать в графен».

Оказывается, многие читатели хотят сделать графен дома, так что вот спойлер: возможно создание небольших количеств
самодельного графена своими руками! Однако, хотя это возможно, сделать значительные суммы непросто. Фактически, на момент написания этой статьи
ученые до сих пор не знают, как эффективно производить графен в больших количествах и высокого качества,
потому что технологические процессы еще не отработаны.
Тем не менее, изготовить листы графена своими руками в небольших количествах довольно просто.

Биты, которые вы сможете изготовить в домашних условиях, будут иметь длину всего несколько нанометров,
так что забудьте о макроскопических графеновых листах или полосках. Самый большой кусок графена, который вы можете сделать сами, это
около 0,25мм ² (но их много наделаешь). Это ненамного больше площади точки в восклицательном знаке на этой веб-странице!
В промышленных целях ученые изготавливают транзисторы с длиной затвора менее 25 нм…
графен, хотя он кажется вам ничтожно маленьким, может быть использован для изготовления сотен транзисторов.
Все еще заинтересованы в создании графена? Отлично, читайте дальше!

Метод 1: клейкая лента

Первый метод «сделай сам» — использовать свинцовый карандаш для нанесения толстого слоя графита.
на бумагу. Затем обычной липкой лентой снимите с бумаги слой графита. Используйте другой кусок липкой
скотч для удаления слоя графита с первого скотча. Затем используйте третий кусок неиспользованной липкой ленты, чтобы удалить слой с
второй кусок липкой ленты, и так далее. В конце концов слои графита будут становиться все тоньше и тоньше, и вы получите графен.
который является однослойным графитом в строгом смысле, двухслойным или малослойным графитом (который в некоторых случаях действует почти как графен).
Несмотря на то, что этот способ изготовления графена является лишь проверкой концепции, метод липкой ленты работает.
Это требует терпения и времени, но это метод «сделай сам», который группа из Манчестера использовала в 2004 году.
И помните, они на самом деле получили Нобелевскую премию за свою работу, так что нечего возиться с клейкой лентой!

Способ 2: Кухонный блендер

Группа ученых опубликовала свою статью 20 апреля 2014 года, в которой они описывают, как сделать графен, используя подход
называется расслаиванием при сдвиге жидкости. Вы можете ознакомиться с аннотацией статьи
здесь, но полная статья находится за платным доступом.

Отшелушивание сдвига в жидкостях начинается с высыпания порошкообразного кристалла в жидкость, а затем с помощью смесителя сдвига для разделения (отшелушивания).
слоев материала из кристалла. Жидкость, используемая в таких процессах, выбирается таким образом, чтобы мелкие частицы графена не
снова слипаются, и в результате получается жидкая суспензия графена. Затем суспензию можно высушить, чтобы получить графеновые нанохлопья, или
его можно было бы непосредственно использовать в более поздних технологических процессах, таких как изготовление графеновых покрытий и других.

Итак, как сделать графен дома, используя этот метод? Ну а миксер-ножницы можно заменить кухонным блендером.
(поскольку сдвиговое смешивание — это красивое слово для высокотехнологичного смешивания), а вместо специальных жидкостей можно использовать воду и средство для мытья посуды.
Моющее средство добавляется, чтобы частицы не слипались, и действует как поверхностно-активное вещество. Отличным источником графитового порошка являются графитовые карандаши.
Просто измельчите несколько грифелей карандаша и добавьте порошок в раствор моющего средства, а затем перемешайте некоторое время. Если у вас нет доступа к
специальные микроскопы и другое оборудование, вы, вероятно, не сможете подтвердить наличие графена в растворе моющего средства, но есть
быстрое эмпирическое правило, которое вы можете использовать для оценки размера частиц. Вообще говоря, если частицы графена
слишком большие, они опустятся на дно сосуда, а если они меньше, то всплывут наверх. Наночастицы настолько малы, что
они будут подвешены в середине воды, и это то, к чему вы стремитесь, если хотите сделать графен. После того, как вы сделаете достаточно графена
частиц, вы можете отфильтровать суспензию и оставить ее сохнуть.

При этом, хотя этот метод получения графена был описан в упомянутой выше статье и сработал для исследователей,
не стоит слишком волноваться о том, чтобы делать это дома таким образом. Это грязно и создает очень маленькие наночастиц графена, не то, что нужно.
похвастаться перед друзьями, если только у вас нет высокотехнологичной лаборатории в подвале и вы не собираетесь использовать ее для изготовления графеновых транзисторов. С другой стороны,
эта технология вместе с
Отшелушивание жидкой фазы с помощью ультразвука может определить, как в будущем будет производиться графен в промышленных условиях, благодаря его масштабируемости.

Метод 3: DVD-рекордер — технология LightScribe

Чтобы сделать графен с помощью этого метода, в рецепте требуется компьютерный DVD-привод с технологией LightScribe, а также немного оксида графита.
Вы можете получить оксид графита у производителя или сделать немного оксида графита дома для
этот эксперимент. Если вы хотите узнать, как сделать оксид графита в домашних условиях, прокрутите вниз до следующего раздела .

Оксид графита растворим в воде, поэтому после смешивания с водой аккуратно вылейте его на DVD.
диск. Убедитесь, что раствор оксида графита равномерно распределен по пластиковой поверхности диска. После решения
высохнет и на диске образуется пленка оксида графита, поместите диск в дисковод DVD пленкой вниз.
Используйте программное обеспечение LightScribe, чтобы записать слой оксида. Участки пленки, соприкасающиеся с
лазерный луч будет превращен в графен. Лазерный луч вызывает химическое восстановление, которое превращает оксид графита в графен.
Образовавшийся графеновый слой следует аккуратно снять с диска и разрезать на части соответствующего размера.
частей. Эти детали можно использовать непосредственно для создания графенового суперконденсатора!
Это, пожалуй, самый простой способ сделать графен дома, но он предполагает, что у вас есть доступ к
оксид графита и привод Laserscribe.

Один читатель предположил, что DVD-лазер LightScribe можно заменить простой ксеноновой вспышкой. Если у вас есть фотовспышка,
вы также можете попробовать этот подход и сообщить нам о результатах по адресу «связаться с нашим доменом сайта». Еще один совет: НЕ делайте этого
если вас не устраивает аннулирование гарантии на DVD-рекордер.

Метод 4: Формирование пленки на границе раздела гептан-вода

Нефть, плавающая на воде.

Это новейший рецепт самодельного графена, который мы слышали до сих пор. Сначала потребуется немного физики жидкости, чтобы объяснить, что здесь происходит.
Если вы нальете нерастворимую в воде жидкость в воду, она либо будет плавать поверх воды, либо вода будет плавать поверх нее,
в зависимости от того, тяжелее ли добавленная жидкость (более плотная) или легче (менее плотная), чем вода. Типичный пример — нефтяное плавание.
над водой (см. изображение).

Одна группа ученых ^[1] обнаружила, что можно получить графен, залив два растворителя, которые не
не смешивайте вместе, например, гептан и воду, в стакан, добавляя мелко измельченный графитовый порошок и помещая его в ванну для обработки ультразвуком.
Вы можете купить гептан в большинстве магазинов химикатов, вода легкодоступна (рекомендуется использовать дистиллированную воду),
и вы можете легко получить графитовые палочки в художественных магазинах. Нужна ультразвуковая ванна, но это не редкость на ebay и тому подобное.
Полученный графен имеет толщину от одного до четырех слоев и химически стабилен. Его можно извлечь и нанести на чистую стеклянную пластину,
или любой другой субстрат.

Графен на границе вода-гептан.

Идея состоит в том, чтобы смешать мелкоизмельченный графит с водой и гептаном (соотношение воды и гептана 1:1) и некоторое время обработать его ультразвуком.
Далее происходит то, что графитовые чешуйки отслаиваются на границе раздела воды и гептана, и графен фактически начинает «карабкаться».
вверх по стеклянным стенкам флакона. Если гидрофильный субстрат, такой как предметное стекло, ввести через интерфейс, тонкая пленка
графена также будет карабкаться по стенкам слайда. Затем предметное стекло можно извлечь, и после высыхания у вас останется
стекло с графеновым покрытием. Если использовать полиэтиленовый флакон, то полученный графен не будет лазить по стенкам флакона, но можно
все же извлеките его предметным стеклом или другим гидрофильным материалом. Результат показан на изображении справа.

Графен на стекле.

Конечный продукт этого процесса изготовления графена показан на изображении слева.
Графен осаждается в виде тонкой пленки с обеих сторон стеклянной пластины.
и его легкие светопоглощающие свойства можно увидеть, посмотрев сквозь него
(Графен поглощает около 2,3% видимого света). Объяснение процесса состоит в том, что
графен самостоятельно собирается из мелких отслоившихся чешуек на границе раздела воды и гептана, потому что поверхность
натяжение графена (54,8 мН/м) почти находится между поверхностным натяжением воды (72,9мН/м) и гептан (20,1 мН/м).
Толщина графеновой пленки ограничена капиллярными силами на границе раздела и избыток графена просто упадет до
дно флакона. Образование толстых агрегатов подавляется диффузией и потребностью в энергии, необходимой для
сформировать новый слой. Для получения дополнительной информации см. оригинальный документ ^[1]

Это, возможно, самый простой способ сделать графен своими руками в домашних условиях в виде сколь угодно большого листа. Другие методы создают только графен
чешуйки, но эти чешуйки, возможно, можно было бы использовать вместо чешуек графита в этом методе в качестве стадии рафинирования.
Попробуйте и дайте нам знать, как это происходит!

Как сделать оксид графита в домашних условиях?

Отказ от ответственности

Чтобы сделать графен дома с помощью описанного выше метода DVD, вам понадобится немного оксида графита. Вы можете купить оксид графита
из различных источников, в том числе онлайн, или вы можете попробовать сделать оксид графена самостоятельно. В этом тексте мы объясним, как вы можете сделать
оксид графена в домашних условиях, самостоятельно. Процедура относительно проста, и большинство ингредиентов можно купить без рецепта.
Однако обратите внимание, что это НЕбезопасная процедура, и следование этому руководству может привести к взрывам, пожарам и серьезным травмам.
По понятным причинам, если вы решите сделать это самостоятельно, соблюдайте меры предосторожности при работе с кислотами и взрывчатыми веществами.
На самом деле, мы считаем, что если вы не являетесь лицензированным химиком, вам лучше купить оксид графена, чем
пытаюсь сделать дома. Мы предлагаем этот текст только в качестве образовательного ресурса. Приступая к чтению
следующий текст, вы подтверждаете, что понимаете риски работы с химическими веществами, перечисленными в тексте, и имеете полное
понимание всех химических реакций и опасностей, которые они представляют для вашего здоровья и безопасности. Во избежание дыма и опасности возгорания,
выполнить этот эксперимент на открытом воздухе и в контролируемой, хорошо проветриваемой среде. Несмотря на то, что позаботились
убедитесь, что в тексте нет ошибок, мы не несем ответственности за возможные ошибки, оставшиеся в тексте.

Если у вас есть доступ к лаборатории, и вы делаете это для проекта или эксперимента, напишите нам и сообщите, как все прошло.
Мы будем рады разместить здесь вашу историю успеха.

Введение

Оксид графита известен уже почти 150 лет. Впервые он был приготовлен в 1859 году. Процесс был улучшен.
с тех пор, и многие исследователи в этой области прокомментировали потенциальные опасности и риски, связанные с первоначальной процедурой, как
описал Б. Броди, впервые открывший процесс. Описанный здесь метод занимает около 2 часов при температуре ниже 45 градусов.
Цельсия, если у вас есть доступ к центрифуге. Если вы этого не сделаете, потребуется день или около того, чтобы лишняя вода испарилась из контейнера.

Процедура

Размешать 100 г порошкообразного графита с 50 г нитрата натрия в 2,3 л технической серной кислоты. Не забудьте смешать ингредиенты
в гораздо большем, чем необходимо, герметичном контейнере, помещенном в баню со льдом при температуре ноль градусов по Цельсию в качестве меры безопасности. Контейнер должен быть
не менее 15-20 литров.

ОСТОРОЖНОСТЬ! Добавьте в смесь 300 г перманганата калия, постоянно перемешивая ингредиенты. НЕ добавляйте все 300 г за один раз.
Вместо этого осторожно добавляйте перманганат калия грамм за граммом, чтобы смесь не нагревалась выше 20 градусов по Цельсию! ОСТОРОЖНОСТЬ!
Перманганат калия является сильным окислителем, который окрашивает кожу и другие органические материалы, такие как одежда, при контакте.
При смешивании с серной кислотой образует взрывоопасный оксид марганца, поэтому необходимо соблюдать все меры предосторожности! Убедитесь, что максимально
температура не превышена.

После добавления марганцовки в смесь снимите ледяную баню и доведите температуру до 35 градусов Цельсия.
Точно и осторожно выдерживайте эту температуру в течение 30 минут. На этом этапе смесь загустеет и количество выделившегося
газа уменьшится. Примерно через 20 минут ожидайте, что смесь станет коричневато-серой и пастообразной консистенции.

ОСТОРОЖНОСТЬ! По прошествии 30 минут медленно и осторожно добавить в смесь 4,8 литра воды при перемешивании. Добавление
вода вызовет экзотермическую реакцию, которая повысит температуру смеси почти до 100 градусов по Цельсию, и
при бурной реакции выделяется большое количество газа! Поддерживать температуру 98 градусов по Цельсию еще 15 минут.
ОСТОРОЖНОСТЬ! Теперь смесь будет коричневого цвета.

После поддержания температуры в течение 15 минут дополнительно разбавьте смесь теплой водой до 14 литров жидкости. Добавьте 3%
перекись водорода, чтобы уменьшить остатки перманганата. После добавления перекиси водорода смесь должна стать светлой.
желтый.

Отфильтруйте смесь, пока она еще теплая. Фильтр примет желто-коричневый цвет. Осадок на фильтре промыть три раза общим объемом 14 литров.
теплой воды. Полученный оксид графита диспергируют в 32 литрах воды. Для того, чтобы получить сухой оксид графита, вам понадобится мощный
центрифуга. Так как это, вероятно, недоступно, нагрейте воду, содержащую оксид графита, до 40 градусов по Цельсию и подождите, пока вода не испарится.
Лучше всего подойдет широкий контейнер, так как большая площадь будет способствовать испарению.

Оксид графита более высокого качества, полученный таким образом, будет иметь ярко-желтый цвет, в то время как оксид графита более низкого качества приобретет более темный цвет.
от зеленого до черного оттенка. Вы можете использовать этот оксид графита в водном растворе для проведения экспериментов с приводами Lightscribe дома.

Дальнейшее чтение

Для вашего удобства мы предоставляем оригинальную бумагу
где описан этот процесс. Мы использовали эту статью в качестве основы для нашего руководства о том, как сделать оксид графита в домашних условиях.
Если вы сомневаетесь, следуйте указаниям из этого документа, а не указаниям, указанным на нашем веб-сайте.
Есть также несколько видео на Youtube, которые показывают весь процесс, и они также могут быть ценным ресурсом.

Мы хотели бы поблагодарить нашу посетительницу Геру, которая связалась с нами, указав на опечатку в тексте.

Графен: найден удивительный материал… | Управление науки Министерства энергетики США (SC)

Это развивающаяся история графена, удивительного материала, который можно найти в грифеле карандаша. Карандашный «грифель» на самом деле представляет собой смесь глины и материала графита. Сам графит полностью состоит из углерода и состоит из сложенных слоев графена. Графен представляет собой слой толщиной в один атом углерода с атомами, расположенными в сотовой структуре, и его свойства чрезвычайно отличаются от графита.

Увеличить фото

Иллюстрация из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли

Ученые ранее обнаружили однослойные углеродные структуры, такие как свернутые листы углерода, известные как нанотрубки, и полые углеродные шарики, обычно называемые фуллеренами или фуллеренами. Но мало кто верил, что можно изготовить отдельные листы углерода: они считались слишком нестабильными.

Тут на помощь пришли Андрей Гейм и Константин Новоселов. Они взяли кусок графита и скотчем стали снимать слой за слоем. Затем Гейм и Новоселов проанализировали то, что у них осталось, и нашли графен. За свое открытие, опубликованное в 2004 году, они были удостоены Нобелевской премии по физике 2010 года.

Исследование графена ускорилось в 2005 году, когда дальнейшие исследования Гейма и его команды, а также группы под руководством Филипа Кима продемонстрировали, что электроны графена ведут себя релятивистским образом, что заставляет материал действовать как нечто среднее между металлом и полупроводником. . Ким, профессор физики Колумбийского университета, работающий при поддержке Департамента науки Министерства энергетики США, добился значительных успехов в этой области. Как заметил Гейм о Киме: «Он внес важный вклад, и я с удовольствием разделил бы с ним [Нобелевскую] премию».

Было замечено, что графен

более чем в 100 раз прочнее стали — настолько прочный, что его тонкий слой может выдержать слона. Кроме того, он растяжим и почти прозрачен, а его электрический проводник немного лучше, чем у меди. Ожидается, что транзисторы из графена могут быть значительно быстрее, чем современные кремниевые чипы. Электроны в графене обладают некоторыми уникальными характеристиками, как отметил профессор физики Бостонского университета Антонио Кастро Нето, изучающий графен, также при поддержке Управления науки Министерства энергетики США. Эти электроны можно описать с помощью релятивистского волнового уравнения. (Материалы Сегодня, 20 марта, том 13 №3).

С момента его открытия исследователи продолжают анализировать уникальные свойства графена и работают над его использованием в широком спектре приложений и потенциальных продуктов. Например, исследователи из Центра наноразмерных материалов Аргоннской национальной лаборатории используют микроскопы с самым высоким разрешением, чтобы лучше понять структурные и электрические свойства графена. Ученые из Центра наук о нанофазных материалах в Окриджской национальной лаборатории обнаружили, как свести к минимуму количество петель, которые могут образовываться в структуре графена и которые мешают его уникальным электрическим свойствам:

Увеличить фото

Национальная лаборатория Ок-Риджа

Моделирование ORNL демонстрирует, как петли (показанные выше синим цветом) между слоями графена могут быть минимизированы с помощью электронного облучения (внизу).

Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Молекулярного литейного завода Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли изучают «шум» в тонких полосках графена, известных как «наноленты», которые, вероятно, будут полезны при создании более эффективных компьютерных чипов. А ученые из Лаборатории молекулярных наук об окружающей среде Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Принстонского университета объединились, чтобы связать графен с отдельными нитями ДНК, что может привести к созданию более качественных и стабильных биосенсоров для диагностики заболеваний.

Это только первые проблески того, что, вероятно, станет целым миром удивительных применений. В дополнение к более быстрым компьютерам и улучшенным датчикам, графен также можно использовать в прозрачных сенсорных экранах и улучшенных солнечных элементах, более безопасных автомобилях и более легких спутниках. Безусловно, будут открыты новые возможности, когда ученые узнают больше об этом материале и станут лучше производить его в больших масштабах и более экономичным способом.

Мы находимся на пороге того, чтобы увидеть, как удивительные свойства графена проявляются в мире новых способов. Мы становимся ближе благодаря работе, поддерживаемой Управлением науки Министерства энергетики США. А началось все с карандашного грифеля, скотча и нескольких настойчивых ученых.

Для получения дополнительной информации об исследованиях графена в наших национальных лабораториях посетите Аргонн, Лоуренс Беркли, Ок-Ридж и Тихоокеанский Северо-Запад.

Для получения дополнительной информации о графене и Нобелевской премии перейдите по адресу: http://static. nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2010/info_publ_phy_10_en.pdf или http://static.nobelprize.org/nobel_prize/physics/ лауреаты/2010/sciback_phy_10.pdf

Шарль Руссо — старший писатель в Управлении науки.

Как сделать графен | MIT Technology Review

Графен — плоский одиночный слой атомов углерода — может переносить электроны с удивительной скоростью, что делает его многообещающим материалом для электронных устройств. До недавнего времени исследователям удавалось изготавливать только небольшие чешуйки материала и только в небольших количествах. Однако исследователи Университета Рутгерса разработали простой способ изготовления прозрачных графеновых пленок шириной несколько сантиметров и толщиной от одного до пяти нанометров.

Гибкий процесс: Новый метод изготовления, разработанный исследователями из Университета Рутгерса, позволяет наносить графеновую пленку — лист углерода толщиной в атом — практически на любую подложку, включая гибкий пластик, показанный здесь. Пленки можно использовать в тонкопленочных транзисторах или в качестве проводящих электродов для органических солнечных элементов.

Тонкие пленки графена могут обеспечить дешевую замену прозрачных проводящих электродов из оксида индия и олова, используемых в органических солнечных элементах. Они также могут заменить кремниевые тонкопленочные транзисторы, используемые в экранах дисплеев. Графен может переносить электроны в десятки раз быстрее, чем кремний, поэтому транзисторы на основе графена могут работать быстрее и потреблять меньше энергии. (См. «Графеновые транзисторы» и «Улучшенные графеновые транзисторы».)

Фактически, профессор материаловедения и инженерии Рутгерса Маниш Чховалла и его коллеги использовали свои графеновые пленки для изготовления прототипов транзисторов и органических солнечных датчиков. В недавней статье Nature Nanotechnology они показали, что могут наносить прозрачные пленки на любую подложку, включая стекло и гибкий пластик. Чховалла говорит, что метод может быть адаптирован к более крупному масштабу, чтобы покрыть «метры и метры подложек графеновыми пленками», используя обработку рулона к рулону, метод, разрабатываемый для изготовления больших гибких электронных схем.

Напротив, современные методы производства графена дают небольшое количество материала, пригодного только для экспериментального использования. Один из распространенных методов называется «метод скотча», при котором кусок ленты используется для отделения чешуек графена от куска графита, который по сути представляет собой стопку графеновых листов. В результате получаются фрагменты графена микрометрового размера, которые помещаются между электродами для создания транзистора. «Но если вы говорите о крупномасштабных устройствах, вы хотите делать макроскопические [листы]», — говорит Ханнес Шнипп, исследователь графена из Принстонского университета. По словам Шниппа, для этого вам нужно направить сборку более мелких кусочков графена на большую площадь, что и делают исследователи из Рутгерса.

Исследователи начинают с приготовления суспензии чешуек оксида графена. Они окисляют графитовые чешуйки серной или азотной кислотой. Это вставляет атомы кислорода между отдельными листами графена и раздвигает их, в результате чего образуются листы оксида графена, которые подвешены в воде.

Суспензию фильтруют через мембрану с порами диаметром 25 нанометров. Вода проходит через поры, но чешуйки оксида графена, каждая из которых имеет ширину несколько микрометров и толщину около одного нанометра, закрывают поры. Это происходит регулируемым образом, говорит Чховалла. Когда чешуйка закрывает пору, вода направляется к ее непокрытым соседям, которые, в свою очередь, покрываются, пока чешуйки не распределятся по всей поверхности. «Метод позволяет наносить отдельные слои графена», — говорит Чховалла. «[Это] приводит к почти однородной пленке, осаждаемой на мембране». Исследователи помещают покрытую пленкой сторону мембраны на подложку, такую ​​как стекло или пластик, и смывают мембрану ацетоном. Наконец, они подвергают пленку воздействию химического вещества под названием гидразин, которое превращает оксид графена в графен.

Джеймс Тур, профессор химии Университета Райса, говорит, что это «безусловно, самый простой из известных мне методов изготовления [тонких графеновых пленок] на больших площадях». Он считает, что этот процесс можно легко превратить в более крупную промышленную технологию производства. «Это очень удобно для быстрого производства», — говорит он. «Не потребуется много времени, чтобы произвести эти вещи… и покрыть большие площади».

Чховалла и его коллеги контролируют толщину пленки, изменяя объем подвески. Объем 20 миллилитров дает пленку толщиной в основном от одного до двух нанометров, тогда как суспензия объемом 80 миллилитров приводит к пленкам толщиной в основном от трех до пяти нанометров. Более тонкие пленки 9Прозрачность 5 процентов. Исследователи использовали пленки в качестве прозрачных электродов в органических солнечных элементах. Они также сделали транзисторы, поместив свои пленки на кремниевую подложку и нанеся на них золотые электроды.

Над графеновыми пленками нужно еще поработать. В настоящее время транзисторы не пропускают такой большой ток, как те, которые сделаны из отдельных чешуек графена, что, как предполагают исследователи, связано с перекрывающимися чешуйками в их пленках. Для высококачественных транзисторов потребуется изготавливать однослойные графеновые пленки без нахлеста. Им также необходимо улучшить проводимость своей пленки: оксид индия-олова по-прежнему обладает в сотни раз большей проводимостью. Органические солнечные элементы с электродами из оксида индия и олова имеют эффективность от 3 до 5 процентов. «С графеновыми тонкопленочными электродами мы получаем 0,1 процента, — говорит Чховалла, — но это устройства для проверки концепции, и, конечно, со временем они улучшатся».

Тур считает, что пленка больше перспективна для органических солнечных элементов, чем для транзисторов. Многие исследователи также изучают пленки углеродных нанотрубок как способ заменить покрытия из оксида индия и олова на солнечных элементах. Но Тур говорит, что графен будет «возможно проще, чем использование углеродных нанотрубок из-за большей доступности материала». Промышленности также может быть легче внедрить графен из-за опасений некоторых людей по поводу воздействия углеродных нанотрубок на окружающую среду.

Пятнадцать лет спустя и Нобелевская премия создатель графена думает еще шире

На мероприятии в Лондоне, посвященном 15-летию открытия графена Андреем Геймом и Константином Новоселовым, последний призвал исследователей заняться от изменения климата до болезней с новой волной «передовых материалов», которые вскоре могут последовать за графеном.

Инновации

• Что такое Артемида? Все, что вам нужно знать о миссии НАСА на новолуние
• 4 лучших дрона: какая летающая камера вам подходит?
• Илон Маск говорит, что самоуправляемая Tesla может быть готова к концу 2022 года.
• 5 лучших электромобилей (плюс самый дешевый доступный электромобиль)
• Google открывает экспериментальный чат-бот с искусственным интеллектом для публичного тестирования

Обнаруженный в 2004 году в Манчестерском университете, графен представляет собой один невероятно тонкий слой графита, то есть углеродный грифель, который можно найти на кончике карандаша.

С научной точки зрения, это лист атомной толщины из гексагональных атомов углерода, расположенных в виде сот. Поскольку одно из его измерений — его ширина — имеет наноразмеры, графен фактически является двумерным материалом и первым из когда-либо обнаруженных человеком.

ПОСМОТРЕТЬ: Цифровая трансформация: руководство главного директора (специальный отчет ZDNet) | Загрузить отчет в формате PDF (TechRepublic)

Его свойства часто заставляют его звучать так, как будто он пришел прямо из научной фантастики. Он в 200 раз прочнее стали и в шесть раз легче; Команда инженеров из Колумбийского университета однажды сказала, что слону нужно балансировать на карандаше, чтобы пробить лист графена толщиной с пищевую пленку.

И он обладает исключительными свойствами проводимости, поэтому он вызвал такой ажиотаж в электронной промышленности. Например, Samsung Electronics уже синтезировала «графеновый шар», который можно использовать для увеличения срока службы батарей и ускорения их зарядки.

В настоящее время только в Китае 6000 компаний зарегистрированы как связанные с графеном. Huawei в прошлом году начала использовать его для управления теплом в своих телефонах. Наушники Xiaomi содержат графеновую диафрагму для более быстрой передачи звука. Даже бегуны могут найти его в более прочных кроссовках следующего поколения.

Графен настолько принадлежит будущему, что его уже преуменьшают как «раскрученный» — что является почти необходимым крещением для любой уважающей себя новой технологии. Сложность его производства в больших масштабах и, в частности, в соответствии с жесткими стандартами качества привела к тому, что его все чаще называют «не таким уж удивительным» материалом, который не выполняет своих обещаний.

Его создатель Новоселов пожал плечами. «Графен станет товарным материалом», — заверил он ZDNet. «Ажиотаж является частью естественного цикла. Новые технологии никогда не бывают быстрыми для коммерческого применения, особенно в случае с наноматериалами».

Он прав. Возьмем кремний: этот материал был открыт в 1824 году, но только 124 года спустя был создан первый кремниевый чип.

Серийный технический предприниматель Сергей Белоусов, который также может похвастаться кандидатом компьютерных наук, разделяет похожее видение. Он сравнил ажиотаж вокруг графена с жалобами родителей на то, что их двухлетний ребенок не может пробежать марафон: «Это потому, что ему два года», — сказал он ZDNet. «Это долгий процесс».

Он не сомневается, что графен получит широкое распространение в будущем. В некотором отношении, это уже наука в прошлом.

Белоусов фактически только что открыл новый образовательный и исследовательский центр, Технологический институт Шаффхаузена (SIT), с Новоселовым в качестве председателя консультативного совета; среди областей исследования, сказал он, графен не будет иметь почетного места.

Вместо этого студенты могут заняться исследованием того, на чем Новоселов сосредоточился в своей презентации: продвинутых материалов.

Это новые уникальные материалы, в существование которых ученые не верили физически, и графен — один из них. Новоселов пояснил, что еще в 2004 году, до его открытия, научное сообщество отрицало саму возможность существования графена: «В тот момент мы думали, что его не должно существовать», — сказал он.

Исследователи уже размышляли об этом материале, но пришли к выводу, что одиночный двумерный атомный слой был слишком нестабильным состоянием, чтобы сделать его физически возможным.

Итак, когда Новоселов и Гейм начали разделять слои углерода — сначала просто наклеивая липкую ленту на графит и раздвигая их, — чтобы в конечном итоге открыть графен, на самом деле они создали то, чего никогда раньше не видели в природе.

Для Новоселова это реальный интерес материала – больше, чем сам материал. «Графен открыл путь для других 2D-материалов, а затем и для искусственных материалов. Сейчас это основное направление моих исследований», — сказал он.

ПОСМОТРЕТЬ: Эти 10 технологий, скорее всего, помогут спасти планету Земля

Графен продемонстрировал, что может существовать мир за пределами природных веществ, которые мы используем для создания объектов.

«То, что у нас было до сих пор, — сказал Новоселов, — это материалы, каждый со свойствами, которые однажды собраны, имеют функциональность. Но я хочу сосредоточиться на создании материалов, которые сами по себе уже имеют функциональность».

Для иллюстрации он берет пример с человеческим телом, в котором каждая клетка активна и функциональна: материалы, смоделированные на основе клеток, могли вести себя таким живым образом, реагируя на различные среды и решая проблемы.

Или материалы могут копировать поведение дерева и реагировать на повреждения, создавая новую, здоровую ткань. Вместо того, чтобы использовать материалы для создания компьютеров, продолжал Новоселов, материалы могут быть самими компьютерами и сами принимать решения.

Возможности безграничны. «Это был долгий мыслительный процесс от графена до того, что я делаю сейчас», — сказал физик. «И это совершенно новая парадигма для работы. Но мы могли бы решить так много проблем с помощью такого типа технологий».

В компьютерных технологиях есть повод для волнения. Электронная промышленность участвует в гонке за эффективностью, в то же время ей приходится поддерживать растущее потребление данных, что привело к производству кремниевых чипов все меньшего размера, заполненных транзисторами.

Квантовые компьютеры или фотонные компьютеры являются примерами решений, к которым инженеры обращаются для решения проблемы. Cue передовые материалы.

«Наша технология ограничена несколькими материалами, с ограниченными функциональными возможностями, и мы были слишком робкими, чтобы представить новые решения», — сказал Новоселов. «Усовершенствованные материалы могут изменить это».

ПОСМОТРЕТЬ: Что такое квантовые вычисления? Понимание того, как, почему и когда квантовые компьютеры

Его точка зрения — точка зрения ученого, но она также может быть точкой зрения предпринимателя. Коммерческие возможности, которые могут открыть передовые материалы, действительно огромны, и именно в этом причина создания SIT.

Он объяснил, что новый институт станет новой формой партнерства между промышленностью и образованием, в котором фундаментальные исследования будут направлены на решение проблем, которые были конкретно определены в отраслях на следующие двадцать лет. Среди них глобальное потепление, освоение космоса, войны и насилие, бедность и многое другое.

«Хотя мы называем их «передовыми материалами», мы находимся только в самом начале этой новой технологии. Она может предложить так много решений, о которых мы даже не подозревали.»

Начальник штаба

• 4 главные причины провала проектов (и как их избежать)
• Поскольку стоимость жизни продолжает расти, все больше сотрудников требуют гибридной работы
• Цифровая трансформация: вот 5 навыков, необходимых для успеха
• Гибридная работа потерпит неудачу, если работодатели будут продолжать игнорировать потребности работников с ограниченными возможностями.

ПОЛНОЕ РУКОВОДСТВО ПО ГРАФЕНУ – ВСЕ, ЧТО ВАМ НУЖНО ЗНАТЬ О ГРАФЕНЕ

Узнайте о чудесном материале графене, от его истории до применений. Исследования углерода, химических веществ и нанотрубок позволили нам получить графен. На самом деле, в нашем окончательном руководстве по графену мы прольем свет на такие вопросы, как производство графена и то, как один слой атомов углерода может быть прочнее всего. Продолжайте читать, чтобы узнать больше.

Графен
материал с беспрецедентной твердостью, в десять раз прочнее и в шесть
раз легче стали. Он производится из графита, который мы находим в
центр карандашей, за исключением того, что графен состоит из одного слоя углерода
атомы. Графен обладает множеством завораживающих свойств и применений. Это
отличный проводник электричества и с графеновыми транзисторами почти любой
электронное устройство будет работать быстрее и с меньшим потреблением энергии.
Исследователи обнаружили, как строить солнечные батареи с использованием графена.
прогресс, который, наконец, может сделать солнечную энергию более экономичной. Но это просто
вершина айсберга для этого материала будущего.

После
зная, что такое графен, давайте углубимся и изучим историю графена.

ИСТОРИЯ ГРАФЕНА

21 ^st
век, после эры угля и кремния, был определен как эра графена,
учитывая, что графит, аллотроп углерода, из которого графен
происхождения, является бедным и распространенным материалом в природе, поэтому его можно эксплуатировать на
промышленный уровень. Атом углерода — один из самых загадочных элементов
вся таблица Менделеева, кирпичик, на котором строится вся система органических
химия построена и, прежде всего, составляет фундаментальный элемент графена.

Но откуда
история начинается? Очень далеко, даже от Средневековья, когда графит использовался в качестве
инструмент для разметки. На практике, когда мы натираем образец графита о лист или на
другую опору, очень тонкие слои материала прилипают к опоре, а затем
оставаться там. Примерно в 1560 году Бернакотти придумал графитовый карандаш. В 1795 году его
возникло массовое производство. Логично думать, что
такой скромный объект, как карандаш, мог каким-то образом способствовать увеличению
способность приобретать культуру даже со стороны менее обеспеченных слоев общества.
слои, которые редко могли позволить себе роскошь покупать книги.

История графена
долго и своеобразно со многих точек зрения, любопытно и отчасти
удивительно видеть, как. Несмотря на то, что графит был в наших руках уже
столетий графен так и не был признан материалом, предназначенным для
изменить всю историю науки; это отсутствие признания, вероятно, было связано с
отсутствие адекватных инструментов расследования. Теперь мы можем, по уважительной причине,
заявить, что эта инновационная область исследований является наиболее изученной в мире,
не только с экспериментальной точки зрения, но и с теоретической
зрения.

Первая работа над
полосовая структура одиночной графитовой плоскости восходит к периоду между
1947 и 1958 гг. , время, когда, однако, этот материал считался лишь
академическое упражнение, потому что те же исследователи считали, что невозможно
получить строго двумерную систему, одновременно устойчивую даже в
изолированное государство. Бём и его коллеги в 1986 году ввели термин « графен ».
сочетание слова графит и суффикса, который относится к определенному типу
углеводороды, то есть полициклические ароматические углеводороды. В 1999, первый бесплатный
графит был построен и всего через 5 лет история
наука полностью изменилась.

В 2004 г. в г.
Манчестерского университета ученые Гейм и Новоселов с помощью графита
Образец и простая клейкая лента открыли материал будущего, который
Графен. Со структурной точки зрения мы можем представить себе Graphite как книгу.
чьи листы сделаны из графена.

Теперь мы изучим, как
появился графен.

Открытие графена

Открытие графена
совсем недавно и, может быть, по этой причине, это еще неизвестный материал
большому количеству людей. Впервые он был получен в 2004 году, когда два профессора
из Манчестерского университета (Великобритания) пришла в голову необычная идея
с помощью клейкой ленты (обычного скотча), чтобы снять кожу с куска графита.
Таким образом, они создали первый графен в истории.

Этот новый материал,
считается «волшебным материалом» 21 ^ст век, это
кристаллический аллотроп углерода, характеристика, которую он разделяет с алмазами и
графит. Все три состоят из атомов углерода, соединенных друг с другом по-разному.
способы. Например, графит состоит из атомов углерода, связанных друг с другом слоями.
шестиугольной решетки, а графен состоит из одного слоя графита.
Это может показаться лабораторным любопытством для энтузиастов химии. Фактически,
потенциальное коммерческое применение и возможности получения прибыли от графена
настолько велико, что превосходит даже самое пылкое воображение. Вот почему мы поставили
вместе этот краткий обзор графена, его производства, его применения и
что это может дать нам в будущем. Более 200 компаний и стартапов
участвует в исследованиях вокруг графена. В 2010 году он был предметом почти
3000 научных работ.

Читать:  60 Использование графена – Полное руководство по (потенциальным) применениям графена 

Кто открыл графен?

Нобелевская премия 2010 г.
по физике были присуждены русским ученым Андрею Гейму и Константину
Новоселов (профессора Манчестерского университета) об открытии графена, особой формы
углерода, полученного в лаборатории из графита, который находит применение в
практически во всех сферах жизни. Комитет заявил, что эти двое обнаружили углерод в
очень тонкая форма, состоящая всего из одного атома. Графен обладает исключительными свойствами,
основа квантовой физики.

Андре Гейм, голландец
гражданин, родился в 1958 году в г. Сочи, Россия, которую окончил в 1987 году, в
Институт физики твердого тела в Черноголовке. В настоящее время он возглавляет
Центр мезонауки и нанотехнологий Манчестерского университета. Гейм был
также лауреат Шнобелевской премии 2000 года, присуждаемой «самому маловероятному»
исследования, благодаря использованию магнитных полей для левитации лягушки, помогли в этом.
задача сэра Майкла Берри из Бристольского университета, известного своими исследованиями
в квантовом поле. Для «Ле
Scienze», проиллюстрировал Андре Гейм.
свое исследование в статье, написанной в сотрудничестве с Ким Филипом и
опубликовано в июне 2008 г.

С другой стороны,
Константин Новоселов имеет двойное гражданство, российское и британское. Он родился в
1974 г. в Нижнем Тагиле, Россия. Затем он специализировался в Университете Радбуд в
Неймеген, Нидерланды. В настоящее время работает в Университете г.
Манчестер.

Давайте разберемся с графеном, не будучи ученым
Человек

Прежде чем говорить о
структура и свойства графена в деталях, давайте попробуем понять графен
как не ученый.

Графен
считается одной из великих революций 21 ^ст века, если мы
говорить о новых материалах. Графен настолько прочен, что в нем может качаться кошка.
графеновый гамак, который весил бы меньше одного его уса. Кроме того, это
будет практически незаметен. Открыт в 2004 году Андреем Геймом и Константином.
Новоселов, Графен имеет миллионы применений в реальном мире, которые
прибудут в ближайшие годы.

Графен около
В 200 раз прочнее стали и в 1000 раз легче листа
бумага. Энтузиазм
графен был совершенно неожиданным, и никто не предполагал, что лист этого
материал мог быть таким тонким, таким хорошим проводником электричества и таким
стойкий. Ожидается даже, что со временем будут обнаружены новые качества.

Графен все еще в
лаборатории и есть компании, которые производят и продают графен.
С этим материалом уже работают крупные компании, как, например,
Toshiba, которая будет использовать его для покрытия кабелей, которые мы нашли внутри их
компьютеры.

Графен имеет
множество приложений в нашей повседневной жизни. Он имеет гибкие сенсорные экраны,
датчики и устройства быстрой передачи данных с помощью оптоэлектроники. В Китае есть
представляет собой прототип гибкого экрана из графена и авиационных компаний
Airbus и Boeing заинтересованы в этом материале для усиления конструкций
своего самолета.

При лечении вы
может заставить его передавать электричество только в одном направлении. Кроме того, графен
имеет действительно интересные биологические приложения, такие как графен
структура для выращивания искусственных органов со стволовыми клетками.

Насколько мы понимаем
История и основы графена, давайте подробнее.

Структура графена

Графен представляет собой
аллотроп углерода, то есть форма, в которой встречается углерод. Другие аллотропные
формами углерода являются графит или алмаз.

Образуется графен
шестиугольными кольцами атомов углерода, одним из наиболее важных и
обилие элементов в природе. Каждый слой
гексагональное графеновое кольцо имеет высоту примерно в один атом углерода, и это
характеристика, вместе с применением очень специализированных методов,
позволяет получить необычайно тонкие слои графена.

Идеальный графен
содержал бы только шестиугольные кольца, хотя в действительности пятиугольные и
могут появиться семиугольные кольца, которые считаются неровностями и
несовершенства структуры графена. Эта структура является основой
другие графитовые вещества, такие как фуллерены, углеродные нанотрубки или графит
сам.

Графен – это
базовая элементарная единица в 2D для построения всех графитовых материалов других
Габаритные размеры. Например, он может быть арочным в нульмерных структурах (0D),
как и в случае с фуллеренами, его можно свернуть в одномерные структуры, что даст
подниматься до углеродных нанотрубок и, наконец, его можно последовательно складывать, давая
подняться до трехмерного графита (3D).

Согласно
IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии), термин графен
следует использовать, когда речь идет о «реакциях, структурных отношениях или
другие свойства отдельных слоев» углерода. Принимая это во внимание
счет, неправильно описывать графен как «слои
графит» (графит подразумевает 3 измерения, а графен подразумевает углерод
связи в двух направлениях), «углеродные листы» и подобные концепции. Таким образом
графен можно определить как бесконечно чередующийся полициклический ароматический
углеводород из шести колец атомов углерода, то есть это плоская молекула, состоящая из
атомы углерода, образующие узор из шестиугольных колец.

Давайте углубимся и
изучить специфические характеристики графена.

СВОЙСТВА ГРАФЕНА

Свойства
Графен необычен. Графен — вещество с очень интересным
характеристики, некоторые удивительные. Эти свойства вместе с обилием
углерода в природе заставили графен заработать название «материала
будущее». Некоторые из наиболее выдающихся особенностей графена
теплопроводность, высокая электропроводность, высокая эластичность
(деформируемый), высокая твердость (устойчивость к царапинам) и высокая
сопротивление. Графен
примерно в 200 раз прочнее стали, аналогична стойкости к алмазу,
но намного легче.

Кроме того, графен
более гибкий, чем углеродное волокно, но такой же легкий. Ионизирующее излучение
Графен не влияет на вас. Графен обладает низким эффектом Джоуля (нагрев при
проводящие электроны). Для той же задачи графен потребляет меньше электроэнергии
чем кремний. Графен способен генерировать электричество под воздействием
Солнечный лучик. Графен — практически прозрачный материал. Графен очень плотный
и не пропускает гелий в газообразном виде, однако, если ему позволить
войти в воду, которая, заключенная в графеновый контейнер, показывает
скорость испарения аналогична показанной в открытом контейнере.

Мы не можем остановиться
восхваляя особенности графена. Другие функции, которые все еще обсуждаются,
способность к самоохлаждению, описанная исследователями из Университета
Иллинойс или его способность к самовосстановлению. Если слой графена теряет часть
атомы углерода по какой-либо причине, атомы, близкие к левой дырке, приближаются и
закрыть дыру, эта способность к самовосстановлению может увеличить долговечность
материалы, изготовленные из графена, хотя и в ограниченном количестве.

Но почему графен так важен?
Что делает графен удивительным материалом? Почему графен был так важен, чтобы его заслужить
Нобелевская премия?

Графен
так важен и считается «чудесным материалом» 21 ^st
века и его свойства поразили науку и средства массовой информации. Большинство из
приложения, предложенные для графена, — электроника и информатика. Его
электронные свойства могут быть использованы для изготовления транзисторов для
высокоскоростных электрических цепей и в конечном итоге может заменить кремний в
микрочипов и навсегда изменить будущее компьютеров и других устройств.

Хорошо
графит найти непросто, и за последнее время его цены удвоились.
годы. Тонна графита чистотой 97% стоит около 2000 долларов. тонна
из сверхчистого графита 99,99% стоит 20 000. Графен можно использовать для чего угодно
от композитных материалов, таких как сегодняшнее углеродное волокно, до электроники. Пути
в которых можно использовать графен, так же удивительны, как и их свойства. графен
не имеет единственного применения, это даже не уникальный материал. Графен — это «огромное разнообразие материалов».

преимущества использования графена для бизнеса и потребителей были бы очевидны,
устройства будут быстрее и дешевле, а также тоньше и гибче.
«Теоретически можно было бы свернуть iPhone и засунуть его за спину.
ваше ухо похоже на карандаш», — сказал в интервью Technology профессор Джеймс Тур из Университета Райса.
Обзор журнала.

Если сравнивать графен со способом
пластик используется в наши дни, в будущем кредитные карты могут быть такими же
вычислительная мощность как у текущего смартфона. «Совершенно новый мир
электронные приложения могут быть открыты с прозрачностью, гибкостью и
скорость графена», — говорит Яри Кинарет, профессор технологий Шведского университета Чалмерса. В Европе исследования графена получат инвестиции в размере одного
миллиардов евро от Европейской комиссии в ближайшие 10 лет.

транснациональная компания Samsung в сотрудничестве с Университетом Сунгюнкван
Южная Корея является одним из крупнейших инвесторов в исследования графена.
разработала 25-дюймовый гибкий сенсорный экран с графеном. Такие компании, как IBM,
также расследование. IBM создала транзистор с частотой 150 гигагерц (ГГц).
самое быстрое сопоставимое кремниевое устройство составляет около 40 ГГц. Со всеми вложенными деньгами
ожиданиями рынка, ученые опасаются, как быстро все это
потенциал может реализоваться.

Прочность графена

Прочность определяет, как
много материала сильно. Графен состоит из одноатомного слоя углерода.
и его сила выдающаяся. Ультратонкая двухмерная структура
представляет реальную силу графена, считающегося одним из самых многообещающих
и надежен благодаря большой универсальности в многочисленных технологических
Приложения.

Графен – это
материал с самой высокой механической прочностью среди всех материалов
известная в природе, она даже намного прочнее самой прочной из сталей. Этот
Это свойство делает графен материалом, который может быть очень полезен в приложениях.
там, где требуется высокая механическая прочность и малый вес. Необыкновенный
Прочность графена дает множество применений в различных секторах.

Механическая стойкость графена

Происхождение
большое механическое сопротивление, предлагаемое графеном, должно быть найдено в ковалентных связях.
тип σ, который устанавливается между атомами углерода, составляющими его
кристаллическая сеть. Основные механические свойства материала, такие как его
Разрушающее напряжение, его жесткость, хрупкость, упругость или ударная вязкость могут быть
выводится из кривой напряжения-деформации, полученной в результате испытания образца на растяжение
материала.

Как известно, это
Испытание заключается в воздействии на цилиндрический образец материала определенной
механическое натяжение (σ) (сила на единицу площади) в продольном направлении до
своей главной оси, пока не произойдет ее поломка, затем измерение деформации, которая
возникает (ε) в образце.

Механический
значения сопротивления в обычных материалах (макроскопические) относятся к силе
необходимые для разрушения образца материала заданного сечения,
и поэтому его единицы измеряются в Н/м ² (Ньютон/метр ² ).
Но такие испытания нельзя проводить для определения механических свойств
материалы, формирующиеся в виде микроскопических мембран, например графен.

Является ли графен самым прочным материалом на Земле?

Графен является
самый прочный, самый твердый и самый легкий из когда-либо созданных материалов. В его версии
с 2 измерениями графен является самым прочным из материалов. Однако до сих пор
исследователи столкнулись с трудностями при переводе этой двумерной силы в
полезный трехмерный материал. Эти двумерные материалы имеют
исключительная прочность и уникальные электрические свойства.

Исследователи были
способный сжимать небольшие хлопья графена, используя смесь тепла и давления.
В результате этого процесса была получена очень прочная и стабильная структура, форма которой
напоминает некоторые кораллы. Эти формы, имеющие огромную поверхность в
пропорционально их объему, оказались чрезвычайно сильными. Один раз
эти трехмерные структуры были созданы, исследователи затем хотели увидеть, как далеко
они смогли подтолкнуть себя, разработав самый прочный материал, который
можно было производить. Для этого они создали множество 3D-моделей и
подверг их различным испытаниям. Один из образцов показал 5%
плотность стали и в 10 раз больше ее прочности.

Новые результаты показывают
что прочность является характеристикой не только двумерных материалов
похож на графен, но также зависит от геометрической структуры. Это предполагает
что другие материалы, такие прочные и легкие, как графен, можно было бы сделать более
стойкий с трехмерной структурой.

Насколько прочен графен по сравнению с другими
Материалы? Посмотрим:

Говоря о
самые прочные материалы, мы можем найти много конкурентов графена. Давайте
обсудить десять самых прочных материалов в мире.

Алмаз керамический
материал природного происхождения, состоящий из атомов углерода, тесно связанных друг с другом в
сеть. Алмазы практически невозможно поцарапать.

С другой стороны, Паук
Шелк имеет очень высокую прочность на растяжение. Шелковая нить может выдержать большее натяжение
прежде чем сломаться, чем сталь.

Говоря о
Углерод, существует много различных типов углеродных композитных материалов, но они
все обладают высокими прочностными характеристиками. Они могут противостоять огромному количеству
натяжение и поглотить большое усилие, прежде чем сломаться.

Осмий — еще один металл
который является самым сильным элементом семейства платины. При выделении осмий
очень твердый и очень плотный серебристый металл.

Двигаясь дальше, мартенситный
стали имеют прочность и сопротивление выше, чем у обычной стали, но без потери
податливость. Кроме того, металлический кристалл имеет химическую структуру, которая
противодействует присущей стеклу хрупкости, но сохраняет его прочность. это
не очень плотный и легче стали.

Вюрцит Бор
Нитрид очень похож на алмаз на структурном уровне, но на 18% тверже.
В то время как алмазы производятся из углерода под давлением, вюрцитовый нитрид бора
(WBN) возникает из-за тепла и давления, возникающих во время извержений вулканов.

Следующий сильнейший
элемент Лонсдейлита. С этим трудным названием известно, что, возможно,
самый твердый материал природного происхождения. Он похож на алмаз, но 58%
Сильнее. Иногда он образуется, когда на Землю падают метеориты, содержащие графит.

В конце концов король
из самых прочных материалов — графен. Графен состоит из одного атома
слой углерода, организованный в виде сот. В своем идеальном хрустале
форма, графен является самым прочным материалом из когда-либо измеренных.

Проводимость графена

Проводимость может быть
определяется как способность передавать звук, электрический заряд или тепло.
Его также можно определить через плотность, подвижность электронов, температуру и
другие важные параметры.

Электрика
проводимость относится к подвижности заряда в электрическом поле, что увеличивает
по мере снижения температуры. Графен является очень хорошим проводником тепла и
электричество. Наблюдая за необычным движением электронов в графене, исследователи из Манчестерского университета открыли новое понимание физики проводимости графена.
материалы.

Эксперименты
выполненные работы обеспечили существенное понимание специфического поведения
поток электронов в графене, открывая набор свойств, которые должны быть
учитываться при проектировании будущих схем наноэлектроники.

Графен широко
лучший проводник, чем медь, во многом благодаря своей двумерной
структура. У большинства металлов проводимость ограничена кристаллическими
несовершенства, которые заставляют электроны рассеиваться, как бильярдные шары, когда они
двигаться по материалу.

Электропроводность
Графен

Графен очень хороший
электрический проводник. Электричество может течь с большой скоростью через
сотовая структура графена. Обладает способностью сверхбыстро развиваться
миниатюрные транзисторы.

Как дела
электропроводность графена отличается от металлов? мы уже сказали
что металлы имеют только одну энергетическую зону, зону проводимости. графен, как
релятивистская система, имеет две зоны, одна из частиц, электронов, и
другая из античастиц, дырок. Графен отличается от обычных полупроводников.
Вот почему это гибрид металла и полупроводника, и, следовательно, его
свойства вытекают.

Электроны графена
имеют скорость в 100 раз меньше скорости света, но в 70 раз быстрее
электроны кремния. Это нетрадиционный материал, в котором электроны и дырки
двигаться так, как если бы они имели нулевую массу. Графен обладает высокой тепло- и электропроводностью. Омическое сопротивление
ниже, чем у серебра: 6-10 Ом/см. При комнатной температуре только одна миллионная
ома. Высокая эластичность и твердость.

Теплопроводность графена

Другое свойство
Графен выделяется тем, что обладает необычайной теплопроводностью.
Этот факт позволяет графену быть очень полезным в тех приложениях, где
требуется материал, проводящий тепло. И надо сказать, что графен, как
проводник тепла, лучше, чем любой другой известный материал.

Значения
теплопроводность при комнатной температуре графена и ее сравнение с
те из меди, которая является отличным проводником тепла, прикреплены ниже.

Графеновый термический
проводимость: 5 000 Вт/м·К

Медный термический
проводимость: 400 Вт/мК

Опять же,
объяснение того, почему графен является таким хорошим проводником тепла, следует искать в
его внутреннюю структуру. Это высокая теплопроводность графена, его
структура в виде двумерных листов с очень малой толщиной и
вес и хорошая способность интегрироваться с кремнием делают графен материалом
широко используется в производстве электронных устройств.

На самом деле графен
широко используется в качестве материала, который служит для отвода тепла в электронных
устройства, он также применяется для изготовления радиаторов, а также
как материал, который в сочетании с другими материалами дает начало новым соединениям с
большая теплопроводность.

Масса графена

Основные свойства
Графен находится в стабильном и упорядоченном расположении атомов углерода из-за
к высоким силам связи, существующим между ними. Молекулярная модель
кристаллическая решетка состоит из шестиугольных ячеек; в то же время облигации
настолько гибкие, что могут растягиваться до 20% от своего первоначального размера. Это
особенности, которые позволяют материалу быть примерно в 1000 раз легче листа
бумаги на единицу площади.

Сколько весит графен?

Несмотря на худобу
и легкий, графен — чрезвычайно прочный материал, являющийся самым твердым элементом
когда-либо известный, превосходящий даже алмаз. Чтобы дать вам представление, 1 квадратный метр
лист графена весит всего 0,0077 грамма, но может выдержать вес до 4
кг.

Материал,
позволяет использовать его для создания гораздо более легких экранов. Если мы присоединим его к другому
таких свойств, как гибкость, одним из его применений было бы создание
складных или рулонных экранов.

Графен по сравнению с другими материалами

Графен по сравнению с алмазом

Алмаз состоит из
чистый кристаллизованный углерод и он очень твердый. Имеет индекс 10 по шкале
твердости по шкале Мооса (шкала колеблется от 1 до 10). Алмазное слово этимологически
означает неизменный, что не ново, учитывая его очень высокую твердость. Во время разговора
о своих физических свойствах, они являются одними из лучших из всех камней, используемых для
делать украшения.

Структура алмаза

Алмаз состоит из
углерод, это драгоценный камень, состав которого самый простой, другой
драгоценные камни все сложные. Алмаз иногда имеет следы
азот, который может доходить до 0,20% и очень небольшая доля других элементов.
Кристалл алмаза должен был образоваться путем повторения и укладки в 3
направления пространства атомов углерода, которые можно было бы сравнить с кубическими тетраэдрами
чей центр концентрировал бы массу атома и в котором 4 вершины
будет электрон. Каждый атом связан, зацеплен с другими очень прочными
и очень короткие облигации.

Эти связи ковалентные,
и каждый центр этих атомов удален от своего соседа только на
расстояние порядка 1,54 ангстрема, то есть 0,000,000,154 мм. Поскольку
атомные связи алмаза очень короткие, этим отчасти объясняется его большая
твердость.

Что прочнее алмаза? Графен, который
также состоит из углерода, является мягким минералом. В отличие от алмаза, их атомы
довольно далеко друг от друга. Если сравнить эти два минерала (алмаз и графен),
которые оба являются углеродными соединениями, результат удивителен: один (графен)
прочнее алмаза и в 200 раз прочнее стали.

Графен прочнее алмаза? Из вышеперечисленного
объяснение, мы можем сказать, что графен прочнее алмаза.

Теперь сравним
Графен с графитом.

Графен против графита

Графен является одним из
лучших материалов в мире, он имеет только два измерения и толщину
одного атома. Это слой графита, обнаруженный благодаря карандашу.
свинцовые и скотч-роллы. Пластичность, прочность, эластичность и проводимость
сделать его пригодным для создания значительных научных инноваций. графен
происходит из графита, рудника наших карандашей: это двумерный
материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, размещенных в вершинах
правильных шестиугольников, следующих один за другим на плоской решетке. Оно имеет
интересные свойства, которые делают его многообещающим кандидатом на многочисленные
Приложения.

С другой стороны, графит
является минералом элементарного класса, и его специфический состав включает в себя полу
металлический элемент.

Конечно, вы
интересно узнать из чего сделан графит. Композиция состоит почти
исключительно из атомов углерода, и это, по сути, одна из аллотропных форм в
какой элементарный углерод может быть представлен вместе с алмазом, фуллереном и
другие, такие как графен.

Самый
стабильная форма углерода в стандартных условиях (или при низких давлениях и
температуры), поэтому он используется в термохимии для определения стандартного состояния в
которым измеряется теплота образования соединений углерода.

Химическая формула
графита — C. Это также полиморф чаоита и лонсдейлита. Этот
Термин происходит от греческого γραφειν (graphein), что означает писать.
состав графита можно рассматривать как максимальное содержание углерода, будучи
выше антрацита, поэтому его можно назвать метаантрацитом, хотя это не
обычно используется в качестве топлива, потому что его очень трудно воспламенить. Это также
можно понять этот минерал как последовательность перекрывающихся графеновых
слои. Таким образом, можно сказать, что графен — это просто слой графита.

Графен против стали

Сталь представляет собой сплав (сочетание
или смесь) железа (Fe) и углерода (C) при условии, что процент углерода
составляет менее 2%. Этот процент углерода обычно варьируется от 0,05% до 2%.
максимум. Другие материалы, такие как Cr (хром), Ni (никель) или Mn (марганец)
иногда включают в сплав для достижения определенных свойств
и называются легированными сталями.

С другой стороны,
графен в 200 раз прочнее стали. Графен представляет собой слой графита,
углеродный кристалл, из которого делают карандашные мины. Его необыкновенные свойства
были известны в 40-х годах 20 века, но до сих пор не удалось
получить его. Лишь в 2004 году ученые из Манчестерского университета
удалось. Они смогли «отслаивать» графит слой за слоем и
отделить графен. Конечно, они получили Нобелевскую премию. Почему? Для тех
экстраординарные свойства, изучите особенности графена выше. И, исходя из них,
исследуются новые приложения. Например, одежда со спец.
тепловые мощности, совершенно новая электроника, более быстрая и эффективная
чем нынешний на основе кремния, в автомобильной и авиационной
промышленность из-за ее твердости, создание живых тканей и многое другое.

Карбин прочнее графена?

Карбин
примерно в два раза прочнее графена и углеродных нанотрубок, которые до сих пор
были самыми прочными материалами. Исследователи из Университета Райса опубликовали исследование о свойствах
карбин, материал, который оказался прочнее графена. Он также имеет
замечательные электрические свойства.

В настоящее время производится
в небольших количествах, поэтому производственный процесс должен быть значительно
улучшены, чтобы сделать его жизнеспособным. Карбин представляет собой структуру, состоящую из углерода
атомы соединены двойными последовательными связями или чередуются между одинарными и
тройные связи.

Подобно графену,
структура имеет толщину в один атом и имеет особенность быть очень
гибкий, но не растяжимый. Исследователи также показали, что когда карбин
изогнута дугой или окружностью, напряжение между атомами может изменить
так называемая запрещенная группа. Это свойство может открыть двери для многих
механическое и электронное использование.

После сравнения графена с другими
компоненты, и зная о его силе, что графен может сделать для нашего
защита?

Может ли графен остановить пулю?

Графен представляет собой
образец обещаний. Он известен как материал будущего, один из
самый тонкий, гибкий и самый сильный в мире, который может революционизировать нашу
мир с несколькими приложениями в мобильном телефоне, телекоммуникациях, чипе
производство или производство медицинского оборудования. Но также и то, что этот замечательный
материал мог бы стать более твердой броней, чем сталь и кевлар, способной
сопротивляться пуле, как настоящий «терминатор».

Графен
характеризуется наличием одного слоя атомов углерода, расположенных в виде шестиугольной
решетки, оказалось, что это самый прочный материал в мире, измеряющий
сопротивление листа при нажатии алмазным наконечником. Но теперь материал
оказался пуленепробиваемым, исследование, опубликованное в журнале Science.

Команда из
Массачусетский университет в Амхерсте запустил крошечные шарики кремнезема в
слои графена, как если бы это был небольшой кемпинг. Пули летели в
скорость 6700 миль в час, примерно треть скорости настоящей пули. Результат был
шокирует. Листы графена амортизировали удар в два раза лучше, чем кевлар.
обычно используемый материал в бронежилетах, и в десятки раз лучше, чем
стали.

Это открывает дверь
к новому использованию графена. Поскольку он такой тонкий, легкий и прочный, он может быть
используется для изготовления защитных костюмов и жилетов для сил безопасности или военных
персонал. Теперь ключ в том, чтобы добиться того, чтобы графен можно было производить на
большой масштаб без изменения его замечательных характеристик. Хорошее количество
компании преследуют его.

ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФЕНА

Было известно
долгое время считала графен материалом будущего. Точнее,
с 2010 года, когда Нобелевская премия по физике была присуждена двум российским
исследователи Костя Новоселов и Андрей Гейм, которые за несколько лет до этого
удалось изолировать самый тонкий материал в мире с единственной помощью
2-фунтовый скотч-ролл. С тех пор исследовательские проекты по материалу и его
количество возможных заявок увеличилось по всему миру, включая ЕС
сама, которая выделила 1 миллиард евро на крупнейшую европейскую инициативу
на тему Graphene Flagship.

свойства графена делают его идеальным материалом для различных применений.
секторов. Например, графен можно использовать в технике, особенно в
электроники в производстве интегральных схем. Предполагается, что
характеристики графена могут позволить создавать процессоры намного быстрее
чем нынешние.

Это
скорость уже применялась на практике при изготовлении полевых
транзисторы, построенные из графена. Эти транзисторы также используют преимущества
высокая подвижность носителей при низком уровне шума, представленном графеном.

Прочтите: 14 способов использования графена, которые улучшат нашу повседневную жизнь 

Среди
потенциальные применения графена могут быть
упоминаются как наиболее интересные:

• • Перегонка этанола при комнатной
  температуры топлива и потребления человеком
• •Сверхчувствительные детекторы газа
• •Оптические модуляторы
• •Солнечные элементы
• •Графеновые транзисторы
• •Быстрее и эффективнее встроенные
  схемы
• • Электрохромные устройства
• • Несоосность
• • Сверхбыстрая зарядка аккумуляторов
• • Прозрачные электроды
• • Антибактериальные применения
• • Сбор радиоактивных отходов для
  более легкая очистка
• • Более прочные и лучше сбалансированные инструменты
  и спортивный инвентарь, такой как теннисные ракетки
• •Сверхтонкие сенсорные экраны, которые можно
  приклеены к небьющемуся материалу
• •Суперконденсаторы, существенно увеличивающие
  батареи устарели
• •Быстрая флэш-память
• •Быстрые и эффективные биосенсорные устройства для
  измерить уровень сахара в крови, холестерин и, возможно, ДНК
• • Электронная бумага на основе графена, которую можно
  обновлен новой информацией
• • Наушники с феноменальной частотой
  ответ
• • Более прочный и легкий самолет и броня
• • Новые водонепроницаемые покрытия
• • Бионические устройства, которые могут подключаться напрямую
  к нейронам вашего тела
• •Складные батарейки
• • Способствует регенерации тканей
• • Очищает соленую воду в питьевой воде

Теперь давайте откроем применение
случаи и применения графена подробно:

композиты и покрытия

графен очень
тонкий материал, но обладает большой прочностью, что повышает механическую прочность
полимера с высокой тепло- и электропроводностью, например, 15-50
процентное увеличение механической прочности возможно за счет добавления определенного
количество графена в нейлоне 66. Когда графен добавляется в силиконовый каучук,
прочность на растяжение увеличена в 2 раза для опорного компонента. Если
в бутадиен-нитрильный каучук добавляется графен, его механические свойства
увеличивается в 1-5 раз. Также в другом обычном полимере с высоким содержанием, таком как ПП, ПВХ и
смола, свойства графена значительно улучшаются.

Композиты и покрытия на основе графена

Американец
Graphene 3D Lab объявила о разработке нового семейства композитных материалов.
материалов на основе матрицы кристаллического полистирола (HIPS), армированной
углеродные волокна и частицы. Продукция будет продаваться в рамках G6-Impact.
бренда как в виде филамента для 3D-печати, так и в гранулах для
литье под давлением. Компания производит материалы на своем предприятии в Нью-Йорке.
и уже может предоставить ограниченное количество приложений для разработки
материал.

Производительность
эти углерод-графеновые композиты обещают быть очень высокими. Согласно
компания, материал предлагает превосходную жесткость в сочетании с необычайной
свойства поглощения ударов и вибрации благодаря патенту
рецептура и производственный процесс. Новые композиты подходят
для применений, требующих высокой устойчивости, амортизации и вибрации
демпфирование на твердых поверхностях, таких как спортивный инвентарь, роботы, рукоятки электроинструментов
автомобильные компоненты, дроны и части самолетов или военной техники.

Графен в электронике

Графен
материал, который может революционизировать состав электронных устройств, которые мы
знать сегодня. Графен так важен для каждого электронного устройства, которое мы используем каждый день.
день.

Благодаря высокому
электро- и теплопроводность, графен может широко использоваться в электронике. Транзисторы,
микропроцессоры и интегральные схемы выигрывают от подвижности электронов
который особенно высок в графене.

Также для хранения
энергии, могут быть хорошие события. Батареи на основе графена, для
планшеты и другие мобильные устройства обеспечивают производительность, превосходящую текущие
и меньших размеров, потому что благодаря своим нанометрическим размерам этот
материал может аккумулировать больше энергии в меньших пространствах.

Читайте: Использование графена в электронике

Использование графена в полупроводниках и чипах

Полупроводники
разработанный из графена, может изменить технологическую отрасль за пять лет. Исследователи
из Норвежского университета науки и технологий (NTNU) разработали —
и запатентовано — гибридный материал с очень интересными свойствами. Это
нанотрубки арсенида галлия (GaAs), разработанные на графене, который представляет собой слой
высоколегированные атомы углерода расположены в гексагональном порядке.

По словам профессора Хельге Веман из NTNU, «новый
гибридный материал предлагает отличные оптоэлектронные свойства». Он также
соучредитель CrayoNanoAs, компании, созданной для коммерциализации
открытие.

Рост
нанопроводов на графене происходит с помощью метода, называемого МЛЭ (молекулярно-лучевая эпитаксия).
Это модель нового метода изготовления полупроводниковых приборов. Среди
первые приложения будущего, мы видим солнечные элементы и светодиоды
(светодиоды).

Компании, подобные IBM
и Samsung возглавляют разработку графена для замены кремния в
электроники и создавать новые приложения, такие как гибкие сенсорные экраны для
смартфоны. Им больше не нужно ждать. Это изобретение прекрасно вписывается в
их производственное оборудование и позволяет довести бытовую электронику до
уровень, где дизайн не имеет ограничений.

В соответствии с
исследователей, благодаря этому изобретению в будущем мы могли бы получить автономные
наномашины и передовые трехмерные интегральные схемы на основе графена и нанопроволоки
полупроводники, которые позволяют нам создавать меньшие и более эффективные
электроника. Кроме того, также обсуждается гибкий и
бытовая электроника с автономным питанием, которая будет включена в одежду, блокноты и другие
устройств, таких как смартфоны и планшеты. Профессор Веман подчеркивает, что
полупроводники, разработанные на графене, могут стать основой новых типов
систем и преобразовать полупроводниковую промышленность, используя графен в качестве предпочтительного
подложка для многих применений.

Использование графена в электродах

Использование графена
электроды могут привести к созданию новых накопителей энергии, подходящих
для электромобилей, возобновляемых источников энергии и интеллектуальных сетей.

В статье, опубликованной в
престижном журнале Nano Letters, исследователи из двух американских компаний предложили
новое технологическое решение, способное объединить преимущества
электрохимические батареи с батареями из двухслойных конденсаторов
(суперконденсаторы), поэтому для получения систем накопления энергии с большой мощностью в сочетании
с высокой плотностью энергии.

Все сценарии
возможное развитие устойчивой мобильности и энергоснабжения тесно
связанных с созданием подходящих устройств для хранения энергии. В настоящее время
наиболее перспективными устройствами являются суперконденсаторы и литиевые батареи.

Оба решения имеют
некоторые недостатки: в то время как литиевые батареи обеспечивают высокую плотность энергии при низком
удельная мощность, суперконденсаторы, наоборот, могут обеспечить высокую удельную мощность,
но с низкой плотностью энергии. Суперконденсаторы, в отличие от обычных конденсаторов,
не основаны на использовании диэлектрического материала. Электролит
конденсатор из-за электрического эффекта «двойного слоя» приводит к
эффективное разделение зарядов, даже если физическое разделение слоев
незаметный.

В целом,
суперконденсаторы предлагают такие преимущества, как высокая удельная мощность, длительный срок службы, простота
схемы подзарядки, высокая безопасность и низкие затраты. Однако и у них есть некоторые
недостатки, такие как низкое количество энергии, запасаемой на единицу веса, высокая
саморазряд и максимально достижимое низкое напряжение.

Литий-ионный
Батарея, с другой стороны, в целом может быть описана тремя основными функциональными
компоненты, а именно анод, катод и электролит. неводный
Электролит обычно состоит из смеси органических карбонатов и содержит
ионы лития. Катод основан на оксиде металла и наиболее распространенном материале.
для анода графит. Эти батареи имеют диффузию ионов лития
между анодом и катодом, с возможностью этих ионов
мигрировать к аноду и катоду или от них. Однако низкая твердость
диффузия ограничивает максимальную плотность мощности. На сегодняшний день существует серьезное исследование
деятельность по совершенствованию каждого из этих отдельных устройств, но новые
также изучаются подходы к этой проблеме.

Недавняя исследовательская деятельность
сосредоточились на том, как применять нанотехнологии для увеличения
характерная удельная мощность литий-ионных аккумуляторов. В исследовании
представленный Nanotek Instruments и Angstron Materials, исследователи выбрали
новый подход, использующий наноструктурированный графен в качестве электродного материала. В
прототип устройства, сделанный в ходе исследования, наноструктурированный пористый графен
подключен как к аноду, так и к катоду в двух отдельных блоках
разделен пористой мембраной и погружен в электролит. Электрический ток
течение основано на обмене лития между поверхностью двух
наноструктурированные графеновые электроды. Две графеновые поверхности могут захватывать
ионы лития быстро и обратимо, через механизмы поверхностной адсорбции и/или
поверхностные окислительно-восстановительные реакции.

Авторы
Research проводил эксперименты с использованием различных графеновых структур. Изучение
все еще находится на предварительной стадии, но результаты были настолько обнадеживающими, что
гипотеза будущей реализации систем, способных достичь плотности энергии
Возможна мощность 160 Втч/кг на ячейку. Это значение более чем в 30 раз выше, чем
что достижимо с обычными суперконденсаторами и сравнимо с этим
литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, эти системы могут достигать плотности мощности
100 кВт/кг на ячейку, что в 10 раз выше, чем у традиционных
суперконденсаторов и даже в 100 раз больше, чем литий-ионные аккумуляторы.

Читайте: Графеновые транзисторы

Использование графена в ЖК- и светодиодных мониторах

Графен является одним из
надежды на достижение гибкой технологии. Хотя сегодня некоторые
конструкции были достигнуты на основе традиционных материалов, используемых в электронике,
включая несколько робких коммерческих выступлений, соединение, получившее Нобелевскую
Премия по физике Андрею Гейму и Константину Новоселову обещает гораздо больше
чем это было до сих пор. Еще одно доказательство возможностей материала
являются прототипами светодиодных экранов на основе графена, которые были построены в
лаборатория.

Исследователи в
Университет Манчестера и Университет Шеффилда работали вместе
разработать полупрозрачное устройство, состоящее из светодиодов на основе графена,
характеристики могут стать основой будущего поколения мобильных телефонов,
планшеты или гибкие телевизоры.

Продукт
В результате исследования получился чрезвычайно тонкий полупроводник (его толщина
составляет от 10 до 40 атомов), который излучает свет по всей своей поверхности. Ученые
использовали комбинацию графена с нитридом бора и несколько 2D
полупроводники (структура, которая также имеет графен). Светодиоды были
производится на атомарном уровне.

Светодиод на основе графена
экраны образованы так называемыми гетероструктурами. Это материалы
в результате процесса соединения различных соединений в виде
слои. Эти гетероструктуры создают силу притяжения электронов,
порождают квантовые ямы, которые используются для управления движением
электроны, с помощью которых можно способствовать обмену, производящему фотоны
и излучает свет. Это ключ к успеху созданного устройства в качестве экрана.

Интересно
приложения также относятся к освещению, в частности к
реализация светодиодных ламп, более мощных, эффективных и долговечных, чем классические
те; недавнее открытие, проведенное командой проекта Graphene Flagship, также
впервые показали способность графена генерировать свет
третья электрически управляемая гармоника: генерация оптических гармоник
это нелинейный оптический процесс, который создает новые цвета, когда высокоинтенсивный лазер
взаимодействует с материалом. В этом исследовании под генерацией третьей гармоники понимается
производство света, частота которого в три раза превышает частоту падающего
легкий. Поэтому, начиная с невидимого инфракрасного света, интенсивный видимый
можно производить свет.

Использование графена в памяти

Графен является
аллотроп углерода, то есть свойство, которым некоторые элементы обладают
представляя себя в различных структурах, в данном случае в шестиугольной
мозаичная структура, такая как соты, в которых каждая вершина имеет атом углерода.
Благодаря его свойствам и проводимым исследованиям мы
узнают больше областей применения этого материала. В некоторых приложениях
он может заменить или дополнить кремний в качестве основного материала в мире
микроэлектроника.

Сегодня электронные устройства
предлагают увеличенную емкость хранилища в размере, который сокращается, но, возможно,
современные технологии достигают своих пределов. Именно, многие расследования
изучение новых способов получения систем хранения меньшего размера, но с большим
потенциала, например, в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA)
Исследовательская группа совместно с Samsung разработала новый тип флэш-памяти, в котором используется графен.
вместе с кремнием для хранения информации.

Объединение
графена во флэш-память может значительно расширить использование этого типа
технологии и открыть двери для устройств с большой емкостью памяти (и более
чем управляемый размер). В настоящее время производители чипов достигли высокого уровня
интеграции за счет миниатюризации ячеек памяти, наноразмерных и
на основе транзисторов с плавающим затвором.

Это расследование
Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе и Samsung откроет двери для новой миниатюризации воспоминаний и,
следовательно, продлит срок службы этого типа техники еще на несколько лет.
Исследователи не удаляют кремний при использовании графена, а используют
графен в качестве вспомогательного средства для расширения диапазона этой технологии.

Один из
свойства графена, с электрической точки зрения, заключается в том, что он является низкопотребляющим
материал, который идеально подходит для флэш-памяти и их работы.
требования. Но самое главное в этом исследовании то, что
добавив графен, можно сказать, что память может хранить данные в течение 10
лет без потерь. Фактически, поскольку ячейки на основе кремния и графена
не мешали бы друг другу, полученные воспоминания не представляли бы
проблемы нестабильности.

Эти новое поколение
флэш-память, созданная исследовательской группой, будет состоять из клеток размером около 10 микрон.
по размеру. Результаты моделирования показывают, что устройства, сделанные из графена, могут
быть миниатюризированы до 10 нанометров. Текущие воспоминания становятся нестабильными с 22
нанометры. После этих результатов команда работает над уменьшением размера
этой памяти для выполнения новых тестов и, кроме того, благодаря
сотрудничество с Samsung, уже ведутся переговоры с Micron Technology Inc.
(производитель чипов) для коммерциализации этого типа нового поколения
воспоминания.

Использование графена в сенсорных экранах

Сенсорные экраны
модно в большинстве технологических устройств, но изо дня в день исследователи пытаются
найти новые пути улучшения их качества и использования. В этой миссии группа
исследователи из Университета Sungkyunkwan в Корее и Samsung
сосредоточили свои исследования на печатном графене, материале, сделанном из углеродного листа.
толщиной в один атом, что позволяет создавать гибкие экраны из
большое сопротивление, прозрачность и с большими электрическими связями.

Эти исследователи
удалось сделать слой графена размером 63 см, сделанный с
помощи листа полиэстера. В настоящее время олово и оксид индия используются в качестве
материал для создания этих экранов.

Графен из
гибкие листы из полиэстера позволят сенсорным экранам предлагать отличные
сопротивление и возможность снижения производственных затрат. Согласно с
исследователей, этим экранам потребуется время, чтобы выйти на рынок, так как
современное производство основано на процессах, сильно отличающихся от тех,
предложенный.

Электронные схемы, напечатанные напрямую
на одежде

С помощью обычного
струйные технологии, которые являются экономичными, безопасными и экологически чистыми,
исследователи недавно сообщили, что они успешно напечатали 2D-материалы,
создание электронных схем, непосредственно встроенных в ткани. Исследователи
успешно напечатал графен прямо на ткани, что сделало возможным
для производства носимых интегральных электронных схем.

По теме
гибкие и носимые электронные устройства, одной из главных проблем всегда
была водоотталкивающая: большинство электронных схем не удерживают жидкости и
поэтому нельзя стирать (все носимые устройства должны быть сначала деактивированы и
снимаются с одежды до того, как ее загрузят в стиральную машину,
за очень редким исключением).

И сделать дело
Хуже того, это недорогой графен, напечатанный методами, аналогичными струйным.
Только в этом случае чернила состоят из чешуек графена, естественно, стабильного
электрический проводник уже известен. Затем графен подвергается второй обработке.
который удаляет все эти непроводящие компоненты.

Использование графена в энергетике

Существуют различные
поля, связанные с энергией, в которые графен может быть включен для улучшения его
технологии, как в области возобновляемых источников энергии, так и в области ископаемого топлива. Это
отличный проводник, лучше, чем медь или серебро, химически инертен и является
легкий материал с площадью контакта благодаря своей форме. Считается, в
очередь, устойчивый и экологически чистый материал. Таким образом, применение графена в
технологическая реальность умножается. С включением графена в
производство различных технологических устройств, некоторые из его применений могут быть:

• Гибкие и прозрачные сенсорные экраны
• Долговечные батареи: графен имеет большую нагрузку
  емкость
• Классные компьютеры
• Использование графена в батареях
• Более мощные микропроцессоры, благодаря
  что графен теряет меньше энергии из-за тепла, это увеличило бы скорость
• Это самовосстанавливающийся материал, когда он состоит из
  состоит из атомов углерода и водорода, и они находятся в воздухе
• Использование графена в солнечных элементах
• Мембраны, проводящие протоны
• Передача информации быстрее, чем по оптоволокну
• Датчики для камер с повышенной светочувствительностью
  и большую резкость
• Способность поглощать солнечную энергию и преобразовывать ее в
  полезная энергия

Здесь мы обсудим
Некоторые примеры.

Использование графена в батареях

В последнее время
было обнаружено, что графен способен удерживать энергию более эффективно, чем
графит. Таким образом, можно экспоненциально оптимизировать перезарядку
батареи, в частности, предназначенные для питания электрических
транспортные средства. За счет введения некоторого количества атомов бора ионы лития
батареи могут легче прилипать к графену, что помогает обеспечить
немедленная зарядка. Несколько производителей, например Хендай и Киа,
уже проявили большой интерес к этим приложениям; например топливо
сотовые электромобили. Таким образом, графен может способствовать снижению стоимости.
водорода из возобновляемых источников.

Профессор Форсайт факультета
Электротехника и электроника Манчестерского университета
убежден, что хранение энергии через графен может способствовать
повышение эффективности электромобилей, а также снижение веса
батареи; это также способствовало бы дальнейшему расширению ассортимента
электрические транспортные средства. Преимущество использования графена заключается в его площади поверхности.
который столь же тонкий, как и универсальный. По другому профессору Манчестера Брайану Дерби за материал для
Чтобы быть действительно полезным, слои атомов должны быть упакованы в трехмерный объект.

Читайте: Графеновые батареи

Работа Samsung над графеновыми батареями

Состоит из очень
тонкий слой атомов углерода, расположенных в виде сот, в частности
устойчивый и идеальный электрический проводник, графен обладает таким большим потенциалом
что это также вызывает интерес у многочисленных транснациональных корпораций, таких как
Например, гигант Samsung. На самом деле, несколько месяцев назад было объявлено на
блог южнокорейской компании Samsung Advanced Institute of Technology
(SAIT) в сотрудничестве с Сеульским национальным университетом создали новый тип батареи, используя
графеновые сферы.

Самсунг имеет
разработал систему, способную трансформировать графен, обычно производимый в
двумерные листы толщиной в несколько атомов в виде небольших сфер, которые можно использовать в качестве анода и
катод внутри ячеек классических литиевых аккумуляторов. Этот
трехмерная структура позволяет углеродному соединению увеличить
проводимость электродов и снизить типичную критичность
аккумуляторы. Другими словами, технология позволяет значительно
увеличить ресурс батареи (+ 45%) и скорость зарядки (в 5 раз быстрее), чтобы
преимущество также во времени перезарядки: всего 12 минут по сравнению с
классические ионно-литиевые батареи, которые вместо этого занимают более 60 минут.

Технология также
решает проблему перегрева и опасных взрывов, к которым при хранении
системы подвергают при перезарядке, поддерживая постоянную температуру 60
градусов Цельсия. Об исследовании сообщается в журнале Nature Communications.
и подпадает под действие патентных заявок в Южной Корее и США.

Время запуска
продукт на рынке довольно долго, как из-за затрат на сырье
материал все еще очень дорог, и потому что крупносерийное производство имеет много
технические проблемы. Однако легко понять, что Samsung
сосредоточив свои усилия на исследованиях и разработках для создания аккумуляторов для
смартфонов, особенно после эпизодов перегрева и последующего
сгорание какого-нибудь Galaxy Note 7 2016 года. Изобретение конечно суждено
для питания двигателей электромобилей. Компания может, например,
устанавливать свои собственные аккумуляторы на электромобили Tesla, обеспечивая пользователям диапазон, аналогичный
к бензиновым автомобилям.

Использование графена в солнечных элементах

Исследователи из
Массачусетский технологический институт (MIT) разработал новую методику, в которой
они используют графен в солнечных батареях, что делает их
прозрачный, гибкий и способный прилипать к любому типу поверхности,
такие как окна, стены и даже предметы повседневного использования, такие как сотовые телефоны
и компьютеры.

Устройство сочетает в себе графен
электроды из недорогих органических материалов. Это гибкий материал,
изготовлены из источников углерода, дешевых и распространенных в природе. Профессор Цзин
Конг из Департамента электротехники и компьютерных наук (EECS),
один из авторов эксперимента, сказал, что работал над несколькими
альтернатив для изготовления гибких солнечных элементов, но пока лучший материал
был графен. Он очень проводящий, прочный, гибкий и прозрачный.

Конг и его команда
провели испытания на различных поверхностях, таких как непрозрачная бумага, полупрозрачная
скотч и пластик. Эксперименты показывают, что производительность оборудования
одинаково в трех гибких подложках и ниже, чем в стекле.
Они гарантируют, что их можно размещать в автомобилях и электронных устройствах. За
Например, эти новые солнечные элементы можно было бы производить прямо на сотовых телефонах.
и другие портативные устройства вместо того, чтобы изготавливаться отдельно, а затем устанавливаться,
изменение, которое значительно снизило бы производственные затраты.

Читать: Использование графена в солнечных элементах

Ученые теперь
работают над повышением эффективности своих органических солнечных элементов на основе
графен, не отказываясь от прозрачности. Они также рассматривают лучший способ
расширить свои солнечные элементы на больших поверхностях, чтобы, например, покрыть окна или
целые стены, которые могли бы эффективно генерировать энергию, оставаясь при этом незаметными
человеческому глазу.

Графен с протонной проводимостью
Мембраны

Использование топливных элементов
водорода для производства электричества. Стоимость водорода, а также
неэффективность топливных элементов делают эту технологию известной, но мало применимой.
Включение графена в протонпроводящие мембраны, которые используются
в этих электрических генераторах может привести к повышению эффективности процесса
и, следовательно, известный водородный вектор приобрел значение или
полезность, которая была дана ему в последнее десятилетие.

Графен в фильтрах молекулярного уровня

Повышение
эффективность отделения газа и нефти от воды с помощью графеновых листов составляет при
лабораторный уровень, реальность. Сильные инвестиции, связанные с этим типом
технологии и множество приложений (пищевая, фармацевтическая, нефтяная и газовая промышленность).
промышленность и т. д.), где процесс можно улучшить, сделайте это приложение одним из
из самых названных в научных журналах за последние месяцы. Необходимое давление
для выполнения этого процесса будет резко сокращено по сравнению с обратным
осмос, наиболее широко используемая технология на сегодняшний день. Экономическая война между
проверенные технологии и новые фильтры атома толстого материала находится на
стол. Таким образом, графен может войти не как замена, а как союзник
процессы мира нефти и газа.

Читайте: Использование графена в фильтрации воды

Графен для повышения эффективности исследований

Некоторые уже рассматривают
возможность применения графена для различных стадий процессов
разведка и добыча нефти. В частности, некоторые исследования утверждают, что
использование оксида графена в съемках сократит потребление воды за счет уменьшения количества жидкости.
потери в окружающие породы по сравнению с полимерами, используемыми в настоящее время
буровая промышленность.

Графен как смазка

Сокращение
трение в любом процессе лишь снижает необходимые для него энергозатраты,
с вытекающими отсюда преимуществами, известными всем: снижение счетов за электроэнергию,
сокращение выбросов прямо или косвенно в атмосферу и др. Графен
было показано, что в качестве смазки на лабораторном уровне
дисульфид молибдена или графита, проявляющий необычайное поведение во влажных средах.
условиях, когда другие демонстрируют свои слабости.

Применение графена в биомедицинских целях

Известный как
«король новых материалов», наночастицы графена не только привлекают
внимание общества в области электронных продуктов, аккумуляторов новой энергии,
и аэрокосмической промышленности, но также считается ключом к следующему
трансформация в биомедицинской сфере.

В последнее время
Исследовательская группа из Оломоуцкого университета в Чехии объявила о
использование графена для разработки самого маленького металлического магнита в мире, который
может использоваться во многих областях, таких как магнитный резонанс, очистка воды,
биохимия и электроника. Ввиду большей площади поверхности,
биосовместимость и химическая стабильность графена, графен высоко
ожидается с точки зрения приема лекарств, лечения рака и
биосенсоры.

Читайте: Применение графена в медицине

Использование графена в датчиках

Графен также
оказался очень интересным в качестве химического сенсора: так как его состав
изменения в присутствии молекул газа, это изменение может дать оценку
наличия токсичных или загрязняющих газов. Такой сенсорный потенциал также может быть
используется в медицине. Текущие исследования адаптируют графен к устройствам для
ранняя диагностика гепатита, заболевания, унесшего более миллиона жизней
в год по всему миру. Аналогичные тесты также могут быть проведены для обнаружения аллергенов.

Обнаружение in vitro

Биозондирование
технология, которая быстро развивается. В медицинских целях использование
графен в качестве сенсора для обнаружения in vitro является важным направлением
исследование и применение.

Исследования графена
в медицинской сфере только начинается, некоторые из них остаются на уровне теоретических
уровень и другие в эксперименте и исследовании. Пока ожидается, что
функция обнаружения in vitro в качестве датчика, она будет применяться.

Комбинация
графен и другие наночастицы в качестве сенсора для обнаружения заболеваний in vitro
было продемонстрировано в клинических испытаниях. Исследовательская группа Shanghai Jiaotong
Университет добился определенных успехов в этом отношении. Они продемонстрировали
использование обнаружения чистого дыхания и обнаружения слюны.

Очень мало
опухолевые маркеры или маркеры заболеваний в выдыхаемых газах, и, следовательно,
чувствительность к обнаружению чрезвычайно высока. По сравнению с традиционной рутиной
тестов, графен может повысить чувствительность обнаружения как минимум на три
порядков, а некоторым удается даже добиться обнаружения единичного
молекула.

Сообщается, что
такие иглы для наноакупунктуры не только стабильны, но и чувствительны к
PH и обладают отличной чувствительностью обнаружения и селективностью для
нейротрансмиттеров, таких как дофамин, и могут быть использованы для обнаружения
дофамина в организме.

В дополнение к
тесты в лабораторных условиях, текущие исследования также включают графен для доставки лекарств
транспортные средства, лечение опухолей, антимикробная стерилизация, искусственный имплантат
оборудование и тому подобное. Однако не следует упускать из виду, что использование в
лечение в естественных условиях все еще находится на ранней стадии, и риск выше.

Рак, биосенсоры и нервы
Регенерация

Фундаментальный аспект
рассматриваемого предмета заключается в том, что графен обладает способностью взаимодействовать с
живой ткани, как подчеркивают профессора Каталонского института
Research and Advanced Studies (ICREA), Стефан Роше и Арбен Меркочи, в ICREA
Семинар по графеновым нанобиосенсорам, организованный Каталонским институтом
Нанонаука и нанотехнологии.

Кроме того,
графен совместим с введением лекарств, методов лечения рака или
биосенсоров благодаря большой площади поверхности, биосовместимости и химическому
стабильность.

Нервные ткани и
позвоночник, например, можно было реконструировать благодаря созданию
искусственные имплантаты из соединений высокостойких биологических материалов
на основе графена и их электропроводности. На самом деле исследователи из
Мичиганский технологический университет добился огромных успехов в биопечати нервов   в 3D, разработав
полимерные материалы, которые могут служить каркасами для этих нервных тканей.

Биосенсоры
еще одно поле, открытое для этой технологии. Графен обладает исключительными характеристиками в
обнаружение пищевых токсинов, загрязнения окружающей среды, микробов и специфических
бактерии. Его чувствительность при обнаружении токсинов в 10 раз выше, чем у
обычные датчики. Его также можно использовать для прогнозирования сердечных приступов путем обнаружения
специфических микрочастиц в крови.

Графен может быть
применяется для секвенирования ДНК, что имеет решающее значение для изучения заболеваний генетических
происхождение, типы рака и проблемы в иммунной системе. Этот мембранопреобразованный
материал можно погрузить в проводящую жидкость и применить энергетическое напряжение к
извлеките ДНК через крошечные поры в графене (секвенирование нанопор).
Сенсоры ДНК на основе графена позволяют проводить более быстрый и эффективный анализ и падать
в рамках наномедицины. Хотя техника все еще находится в самом
начальный этап, это поощрение для исследователей по таким вопросам, как
профилактика и лечение заболеваний, связанных с генетикой.

Другое медицинское применение

Наночастицы графена
может использоваться для введения лекарств, в основном из-за его великолепного внешнего вида,
который обещает ввести большое количество лекарств в определенные области
тела. Оксид графена может быть использован в качестве противоракового агента против определенных
раковые клетки. В сочетании с современными методами лечения это может уменьшить размер опухоли,
замедляют скорость развития рака и рецидивов после лечения.

Эксперименты есть
показали, что графен можно использовать в качестве агента иммунного синтеза, чтобы помочь другим
препараты усиливают терапевтический эффект. Связь графена и саркозина
может стимулировать иммунные клетки в организме к секреции большего количества цитокинов, в то время как
цитокины оказывают разрушительное действие на опухоли, и иммунитет явно улучшается.
Но эта технология все еще имеет некоторое расстояние до человеческого тела.

Поскольку графен имеет
хорошая проводимость, его можно модифицировать на поверхности электрода и
вставляется внутрь нерва, что полезно для лечения электрического
стимуляции, например при старческом слабоумии. Ранее исследователи из Мичиганского
Технологический институт внедрил графен в нейронные устройства, напечатанные на 3D-принтере
и разработали полимерный материал для создания композиций с использованием графена в качестве
электрический проводник.

Исследователи из
Кембриджский университет в Соединенном Королевстве успешно имплантировал
графеновые электроды в мозг мышей и подключили их напрямую к
нейроны. Проведя эксперименты, исследователи обнаружили, что
электроды из графенового материала можно безопасно подключать к нейронам головного мозга, а после
соединяясь, эти нейроны могут нормально передавать радиосигналы и передавать
сигналы мозговых волн во внешний мир, чтобы прояснить внешний мир.

Эта технология может
использоваться для восстановления сенсорной функции ампутации, паралича и даже
болезни Паркинсона в будущем, чтобы помочь им лучше выздороветь, например,
получать сигналы от мозговых волн с помощью роботизированной руки для захвата
действие.

Является ли это наркотиком
администрация или лечение рака, использование этих методов лечения остается на
экспериментальный уровень. Проблема безопасности графена для лечения in vivo
был риск места исследования. Как только он не может быть выведен из организма, он
попадают в печень и легкие, вызывая раздражение клеток и вызывая
травмы.

Читайте: Графеновые микротранзисторы для картирования активности мозга: обзор статьи

Использование графена в мембранах

плодотворные методы, такие как опреснение, которое благодаря обратному осмосу
эксперимент, проведенный в США, позволял воде проходить с одной стороны и
солей, оставшихся на другой стороне слоя, показало, что своеобразный
Молекулярная структура графена позволяет создавать на его поверхности отверстия любого размера.
поверхность. Даже в велоспорте материал находит значительную популярность, поскольку
увеличить сопротивление, сцепление и скорость в смеси шин и суметь
заполнить пустое пространство, которое разделяет различные молекулы каучука, на самом деле
создание связи с ними.

Исследователи CiQUS,
Каталонский институт нанонауки и нанотехнологий и Donostia International
Физический центр (DIPC) успешно синтезировал графеновую мембрану с порами, размер которых
размер, форма и плотность могут быть изменены в наномасштабе с атомарной точностью.
Эта работа открывает потенциал этого драгоценного материала для применения в
электроника, фильтры и датчики. Результаты опубликованы в журнале Science.
с доктором Сезаром Морено в качестве первого автора, на основе молекулы, синтезированной в
CiQUS доктора Мануэля Виласа Варела. Работа уже привела к
заявка на патент на полученную пористую графеновую мембрану.

Основные характеристики
графена можно модифицировать за счет наличия пор. Это делает это
проницаема и полезна как сито. Это позволяет более эффективно производить
фильтры для мелких элементов. Расстояние между порами также может быть уменьшено до нескольких
атомы. Использование графена возможно для замены жестких кремниевых и
более объемные элементы.

Однако пока все
теоретически это возможно, для производства материала с такими свойствами требуется
точность, которая пока недоступна современным технологиям производства.
Проблема в том, как к этому подойти: просверлить поры в материале из толстого атома.
является задачей огромной сложности. Поэтому исследователи принимают в данной работе
восходящая стратегия, основанная на принципах молекулярной самосборки и 2D
полимеризация. Им удается построить графеновую сетку с нанопорами
уже интегрирован с самого начала.

Многочисленные применения нового
графеновая мембрана

Для этой стратегии
работы, необходим очень точный элемент-предшественник, предназначенный для реагирования на конкретные
стимулы, которые будут использованы для сборки большой головоломки. В этой работе
прекурсоры, разработанные и произведенные специалистами в области синтетической химии
Впоследствии CiQUS были переданы в ICN2 для сборки с образованием графена.
нанопор с использованием вышеупомянутого восходящего метода. Молекулы-предшественники
подверглись нескольким циклам нагревания при высоких температурах на золотом
поверхность, которая служила катализатором реакций, позволивших
молекулы полимеризоваться, образуя «нанотиры» графена. Эти структуры
затем соединялись по бокам, таким образом получая сетчатую структуру с нанопорами
одинаковый размер и интервал.

Имитация в
DIPC и протестированы в ICN2, результатом этого процесса является новый тип
графен, обладающий электрическими свойствами, подобными свойствам кремния, который может
также может использоваться в качестве высокоселективного молекулярного сита. Вместе эти два
свойства указывают на разработку устройств, которые действуют одновременно как
фильтр и датчик, позволяющие не только разделять определенные молекулы, но и
также блокирование и/или мониторинг прохождения указанных молекул через
нанопоры с помощью электрического поля. Этот электрический сигнал позволит
получение качественной и количественной информации о том, какие молекулы проходят через
каждый момент что-то, что можно было бы применить, например, в более эффективных
ДНК-секвенаторы.

Таким образом,
применения нанопористой графеновой сетки с атомарной точностью разнообразны и
многочисленные, начиная от инструментов для измерения и борьбы с возникновением
загрязняющих элементов для опреснения воды, а также в том числе биомедицинских
Приложения. В них можно использовать гибкую и биосовместимую мембрану для
восстановить функцию органов, например почки, естественный фильтр
совершенство.

Графеновая броня

Исследования по
сверхлегкий графеновый материал показывает, что это идеальный материал для пуленепробиваемых
жилеты или броня, бьющая сталь и кевлар. Испытания, проведенные Райсом
университета и Университета Массачусетса-Амхерста дают основания полагать
что использование графена еще более далеко идущее, чем предполагалось ранее.

Согласно отчету Engadget, группы испытали листы материала путем обжига
стеклянные пули микронного размера со скоростью 6700 миль в час, что примерно в три раза превышает
быстрее, чем пуля М16, в графеновых слоях. Испытания показали, что графен
был способен лучше поглощать удары пуль по сравнению с другими материалами,
деформируется в конусообразную форму перед растрескиванием.

Пока баллистический
тесты показали, что графен хорошо отреагировал на удар, ученые до сих пор видят
некоторые проблемы с его хрупким характером, что затрудняет формирование твердого
материал. Решением, считают ученые, было бы создание соединения, которое
сочетает графен с чем-то, что улучшает структуру.

Согласно отчету из Юты
Народная почта, помимо улучшения брони и бронежилетов, испытаний
показали, что этот материал также может найти применение, когда дело доходит до
батареи и топливные элементы, потому что он проницаем для протонов. Протон
проницаемость может улучшить водородные топливные элементы, потому что это может снизить риск
утечки топлива.

Читайте: Военное применение графена

Как пули перестают использовать самый легкий из возможных материалов?

Этот вопрос
вдохновил ученых-материаловедов на ряд захватывающих открытий в поисках
для усовершенствованной легкой брони, которая сохраняет маневренность пехотинцев и
автомобильный свет. Другой исходит от исследователей из Университета штата Северная Каролина, которые
разработал новый тип пуленепробиваемого материала, сравнимого по своим характеристикам с
обычная броня, весящая вдвое меньше.

Команда разработчиков
прорыв также стал причиной впечатляющего объема исследований в 2015 году,
что привело к созданию нового типа легкой брони со способностью блокировать рентген, гамма
лучей и нейтронного излучения. Год спустя они приняли этот подход для производства
высокопрочный щит, способный остановить пули на его пути. Другой
исследовательские группы добились аналогичного успеха с использованием графена.

Как сделать доспехи из графена?

В основе всего
это то, что известно как композитная металлическая пена (CMF). Это может быть сделано
барботирование газа через расплавленный металл для получения пенистой смеси, которую затем можно
охлаждают до образования легкой матрицы и заделывают полыми металлическими сферами.
В результате получается гораздо более легкий материал, чем обычные металлы, но с сопоставимой
сопротивление.

На этот раз команда
во главе с Афсане Рабией, профессором машиностроения и аэрокосмической техники,
использовали этот подход для производства стального CMF со встроенными стальными сферами. Это было
помещается между керамической лицевой панелью и тонкой алюминиевой задней панелью и снимается
очередей пуль, чтобы увидеть, как он стоял.

Используемые снаряды
были пули калибра .50 и сквозные пули, которые попали в
броня на скорости от 500 до 885 метров в секунду (от 1640 до 2900 футов / с).
Материал был способен поглотить 72-75 процентов кинетической энергии снаряда.
пуль и 68-78 процентов подкалиберных пуль. В некоторых тестах
очереди не оставили следов на затыльнике.

Команда воображает
этот материал проникает в бронетехнику для армии, помогая
уменьшить его вес и, следовательно, повысить эффективность использования топлива. Исследователи
представьте себе, что с большей работой они могли бы производить материалы на основе CMF с еще большей производительностью.
производительность.

Графен для улучшения двигателей сверхзвуковых самолетов

Пентагон намеревается
открыть новый этап в двигателях внутреннего сгорания. Пентагон выделил три
миллионов долларов Принстонскому университету на разработку крошечных листов графена, которые,
добавляют в топливо, используемое в двигателях сверхзвуковых самолетов, для достижения
оптимизация их работы и снижение потребления и
загрязнение окружающей среды. По мнению ученых, эта разработка может зажечь
рождение новой эры в авиационных двигателях внутреннего сгорания.

Широкие преимущества
графена может также использоваться в высокоскоростной аэронавтике. Команда инженеров и
ученые из Принстонского университета получили грант от ВВС США на
разработать наночастицы графена, которые могли бы оптимизировать топливо, используемое в
сверхзвуковые самолеты, позволяющие им развивать более высокие скорости и экономить ресурсы.
Прогресс, который станет поворотным моментом в использовании горения
двигателей в авиации.

Финансовая помощь
составляет три миллиона долларов и был предоставлен команде во главе с Ильханом Аксаем из Принстонского
Кафедра химической инженерии. В то же время специалисты из
Департамент машиностроения и аэрокосмической техники Принстона, штат Пенсильвания.
Государственный университет, Делавэрский университет, Стэнфордский университет и
Университет Мэриленда также работает над этим.

Согласно
Принстонского университета проект был выбран для изучения того, как эти крошечные
частицы могут быть добавлены в топливо сверхзвуковых самолетов в качестве присадок, которые
может помочь этим самолетам летать быстрее и сделать их дизельные двигатели более чистыми и
более эффективным.

Наночастицы
изучаемого материала состоят из фрагментов листов молекулярного углерода (графена)
толщиной в несколько ангстрем, и было показано, что они способны
участие в воспламенении и сжигании топлива на более высокой скорости,
характеристика, которая может дать начало новому поколению двигателей внутреннего сгорания.

Читайте: Использование графена в аэрокосмической промышленности

Графен — это
удивительно качественный материал. В то же время он является самым сильным, жестким
и самый твердый материал из когда-либо созданных.

Среди основных
цели команды во главе с инженерами Принстона, полное понимание
процесс воспламенения топлива с помощью наночастиц, а также
уверенность в типе частиц, которые лучше всего подходят для строительства
двигателей будущего также имеет важное значение. Полностью понимая
процесс, шансы на получение большей эффективности в топливе и двигателях будут
быть увеличена.

Таким образом,
специалисты считают, что имеют более точное представление об улучшении и
темпы оптимизации, которые могут быть достигнуты в топливах для сверхзвуковых самолетов. Если это
прогресс достигнут, одно из главных препятствий для дальнейшего развития
сверхзвуковые самолеты будут ликвидированы.

Важно
помните, что в этих самолетах двигатель должен работать на предельных оборотах и,
по логике, топливо должно двигаться быстрее и в большем масштабе, чтобы удовлетворить потребности двигателя.
требования. В настоящее время время воспламенения и скорость сгорания ограничивают
разработка и оптимизация двигателей этого типа, предназначенных для самолетов
которые достигают очень высоких скоростей полета.

Предыстория и будущее применение
Графеновые топливные добавки

Топливные добавки
с крошечными частицами графена может заставить сверхзвуковые самолеты летать еще быстрее
и их дизельные двигатели будут иметь лучшую эффективность и экологичность
условия защиты устойчивости.

В 2003 году специалисты
Ильхан Аксай и Роберт Прюдомм из Принстонского университета разработали
первый коммерчески жизнеспособный метод создания графена с помощью химического
процесс, облегчающий его разделение на ультратонкие отдельные листы. Здесь
сегодня началась история этого проекта, направленного на аэронавтику.

Толщина всего в один атом,
графен гарантирует невероятную универсальность, которая усугубляется
очень тонкая листовая конфигурация. По мнению тех, кто применяет графен в качестве
будущая замена кремния в компьютерной области, ему удается сочетать
самые передовые характеристики углеродных нанотрубок и молекулярных
электроника.

Результат
молекулярные углеродные листы с необычными физическими и электрическими свойствами. К
содействовать этим разработкам, работа междисциплинарной команды будет
требуется, учитывая сложность обращения с наночастицами. Если
ожидаемые результаты достигнуты, авиационная отрасль может сильно измениться
в ближайшие годы.

ПРОИЗВОДСТВО ГРАФЕНА

В 1975 г. Lang et al. достигнуто
образование монослойного графита при термическом разложении этилена в Pt
монокристаллические подложки. Однако отсутствие согласованности между
свойства указанных листов и тот факт, что не выявлены полезные
их применения, сделал процесс не изученным широко.

Не было до
1999 год, когда были возобновлены исследования по получению графена, фаза наибольшего
интерес к производству графена начался в 2004 году.
Производство графена методом химического осаждения из паровой фазы происходило в
2010 год.

Теперь посмотрим, как
сделан графен.

Как производить графен?

В последние годы
для производства графена разработаны различные технологии,
продукты которых имеют различия как по составу, размеру и количеству
слои. Методы производства графена можно разделить на две основные группы:

Восходящие методы производства графена

Эти методы состоят
получения графена из более мелких объектов, таких как молекулы. Среди этих
методами является эпитаксиальный рост (CVD на металлических и керамических подложках, термический
разложение SiC), химический синтез (органический синтез).

Нисходящие методы производства графена

Эти методы   состоят в получении графена из объекта, который
содержит его, например графит. К таким методам относятся микромеханические.
расслоение графита, расслоение графита в жидкой фазе и химическое
расслоение графитовых материалов, основанное на интеркаляции между
слои, последующее окисление (не всегда) и, наконец, его расслоение.

Читайте: Металлические наночастицы: подходы «сверху вниз» и «снизу вверх»

Производство графена

Результат этих
методы производства — это графены разного качества, размера и количества.
многоуровневых слоев и, следовательно, с различными свойствами. С другой стороны,
каждый метод подразумевает на порядок разницу в возможности
промышленного производства, что приводит к разнообразию цен и заказов
величина. Например, метод микромеханического отшелушивания скотча.
Лента Гейма и Новоселова позволяет получить графен
высочайшее качество, так как он основан на ВОПГ (высокоориентированном пиролитическом графите),
но промышленно это нежизнеспособно.

Методы производства графена — как это
графен сделали?

1.
Метод механического расслоения для производства графена

Существуют различные
Методы производства графена. Наиболее распространены методы, основанные на механическом
отшелушивание, заключающееся в приложении силы к поверхности сильно
ориентированные кристаллы графита, чтобы отделить и развернуть кристаллические слои до тех пор, пока
получается один слой.

 Метод механического отшелушивания, широко известный как метод скотча.
используйте простую клейкую ленту, чтобы отшелушить графит. Техника состоит из
поместив поверхность кристалла графита на клейкую ленту, отклеив
изолентой и отслаиванием некоторых слоев материала. Лента с графитовым оттиском
затем складывается на себя и выполняется несколько раз. Каждый раз,
отложенные чешуйки делятся на все более тонкие слои. В конце
процесса, прилипшие тонкие чешуйки можно просто перенести на изолирующую подложку.
Механическое отшелушивание – самый простой и доступный метод изоляции
графеновые чешуйки размером в несколько квадратных микрон, пригодные для базовых
исследования его свойств. К сожалению, этот метод не подходит для
Индустриальное производство.

2.
Отшелушивание растворителем для производства графена

Отшелушивание растворителем
является наиболее используемой техникой в ​​научной среде. Химическое и
методы механического отшелушивания, в отличие от синтеза на подложках
(также называемые восходящими), состоят из разделения одного графита
самолеты для получения единого слоя графена в больших масштабах; по этим причинам,
эти методы называются нисходящими.

Процедура жидкофазного пилинга   состоит из нескольких операций, каждая из которых может
изменены его рабочие параметры (продолжительность лечения, мощность ультразвукового
концентрации дисперсии, температура, давление) выполнение каждой процедуры
отличается от другого. Как правило, дисперсии получают обработкой в
ультразвуковая ванна, графитовый порошок в растворителе, так что подводимая энергия
ультразвуком способствует чередованию растворителя между плоскостями
графит и разделение между ними. Однако сила бани
играет фундаментальную роль, поскольку, если она слишком высока, это может привести к поломке
листы графена, наоборот, если он недостаточно энергичен, он не может вызвать
расслоение графитового материала. После обработки ультразвуком жидкость
получается состоящим из однородной фазы и большого количества макроскопических
агрегаты, которые можно разделить с помощью операции центрифугирования.

3.
Химическое осаждение из паровой фазы для производства графена

Метод CVD
(Химическое осаждение из паровой фазы) позволяет выращивать материал на металлических
подложки, как правило, из никеля (Ni) или меди (Cu), используя смесь
углеводороды-предшественники, такие как метан или этилен в присутствии H ₂
при температуре в диапазоне 700°С — 1000°С. Механизм роста
включает первую фазу, в которой углерод (переносимый контролируемым газообразным
поток углеводородов и водорода) диффундирует в металлическую подложку.
Затем система охлаждается с последующей сегрегацией
углерод на поверхности; в конце концов, используя химическое травление
металлическая подложка, можно отделить графеновую плоскость и перенести ее на
другая поверхность.

Читать: Графен CVD

Как сделать графен с помощью блендера

«Рецепт»
графен в блендере появился после экспериментов Джонатана Коулмана,
профессор Тринити-колледжа в Дублине, Ирландия, и автор исследования, опубликованного в журнале Nature.
Материалы. Коулман, как и многие другие ученые, искал
дешевые и простые способы производить тонны чистых и качественных графеновых чешуек.

Команда под руководством
Коулмана финансировала британская фирма Thomas Swan. В основном ученые
использовал кухонный миксер и добавил:

1. От 10 до 25 мл
моющее средство

2. 500 мл воды

3. от 20 до 50 г
графитовый порошок, найденный на кончиках карандашей.

Коулманс
«рецепт» указывает, что все должно быть смешано от 10 до 30
минут. Многие чешуйки графена плавают в воде. Эти
чешуйки размером в микроны, каждая толщиной в один нанометр
(что соответствует одной миллиардной части метра) и длиной 100 нанометров.

Согласно
Коулмана, эмульсия в блендере создает баланс между поверхностно-активным веществом
и графит. В лаборатории было доказано разделение графена в
центрифуги, спектрометры и электронные микроскопы, но «рецепт»
в блендере было сделано в конце расследования, как подмигивание от
ученые. На самом деле центральное исследование проводилось в промышленном
большие пропорции.

Какой блендер нужен?

Для эксперимента a
Был использован кухонный смеситель мощностью 400 Вт, хотя для основного исследования они
использовали промышленное оборудование, получив 5 литров графеновой чешуи, плавающей
в воде.

Идея этого
работа заключалась в том, чтобы продемонстрировать, как легко можно изготовить этого великого дирижера в
промышленные количества. Томас Свон, финансировавший исследования Коулмана и его
команда, вскоре запатентовала процесс и построила пилотную фабрику по производству графена.
порошок, чтобы его можно было смешивать с другими материалами.

В настоящее время графен
хлопья производятся промышленным способом и даже продаются в интернет-магазинах.
Проблема в том, что качество очень изменчиво. Иногда они неисправны или
смешанные с химическими веществами, которые уменьшают их проводящую способность.

Примечание: Процедура не
рекомендуется дома. Этот пост носит исключительно иллюстративный и информативный характер, поэтому
ответственность лежит на вас.

Производственные трудности с графеном

Один из самых
В то же время важными проблемами, с которыми сталкивается графен, является крупномасштабное производство. В
этой расы уже есть альтернативы, которые попытаются ее затенить, например
молибденит. Этот конкурент изучается в Швейцарском федеральном институте
Технология в Лозанне с удовлетворительными результатами на сегодняшний день.

Молибденит позволяет
воспроизводить очень маленькие электронные компоненты, решает такие проблемы, как
окисление деталей, потеря энергии и нестабильность исполнения
в устройствах, а также имеет полосу удельного сопротивления, которая придает ему врожденный
способность иногда проводить ток.

Наконец-то не только
можно произвести графен в лаборатории и увидеть отдельные
атомов углерода, также возможно модифицировать его структуру, чтобы изменить его
свойства, чтобы сделать его «функциональным» материалом. Сегодня атомы углерода
уже заменяют атомами кремния, чтобы создать инновационные
электронных устройств, но в ближайшем будущем можно подумать и о модификации
структура графена с молекулами, представляющими биологический интерес для разработки
новых медицинских методов лечения.

Но для графена
использоваться в больших масштабах, необходимо найти экономичный способ
производить его, и над этим еще предстоит поработать. На данный момент это
материал можно получить путем механического расслаивания графита или графита
поверхность оксида, но изучаются способы извлечения его из органических
материал.

Читать: Nanografi’s
Победитель конкурса Horizon 2020 SME Instrument: GREENGRAPHENE

Графен из сахара

В Университете Райса,
Техас, исследователи произвели графен из сахара. Команда
ученые из Университета Гонконга работают над получением графена из органических отходов и проводят аналогичные исследования
проходят в Европе. Использование пищевых отходов для получения полезных материалов было бы
большое преимущество еще и потому, что пищевые отходы являются основным компонентом городских отходов,
который с каждым годом становится все более многочисленным.

В настоящее время есть
много методов, но ни один из них не является «совершенным», поскольку, как правило, те, которые
обеспечивают высокое качество листов не допускают высокой производительности при
«разумная цена. С другой стороны, те, которые допускают высокую
производство моноаминов, приводит к появлению графенов с большим количеством дефектов и
следовательно, с худшими электрическими свойствами. Это не обязательно негатив
поскольку не все приложения требуют одинаковой степени структурного совершенства.

Хорошие новости в
В связи с этим ученые постоянно работают над тем, чтобы сделать возможным
крупномасштабное производство графена по доступной цене.

ПОПУЛЯРНЫЕ ПРОДУКТЫ С ГРАФЕНОМ

Прочтите: Графеновые нанопластинки: свойства и применение

У графена много
продуктов, которые обладают уникальными свойствами и имеют важное применение в
разнообразие секторов. Давайте обсудим некоторые из его продуктов:

Что такое лист графена?

Лист графена
это материал с исключительными свойствами и широким спектром применения. Это
ультратонкий лист атомов углерода, разработанный двумя российскими исследователями, Андре
Гейм и Костя Новоселовы. Благодаря этому открытию исследователи
получил Нобелевскую премию по физике.

Андрей Гейм и
Костя Новоселов попал в заголовки газет с присуждением Нобелевской премии
по физике за открытие листа графена. Исследователи использовали метод
метод пилинга, который заключается в отрыве слоев углерода с
липкой лентой, пока не останется только одна. Таким образом им удалось изолировать
самый тонкий лист в мире, никому другому ранее не удавалось получить
листов толщиной в один атом.

Один слой
Графен известен как графеновый лист. С электрической точки зрения графен
лист является отличным проводником и может быть «функционализирован», чтобы
создают полупроводники, что делает его пригодным для использования в микроэлектронике.
Графеновый лист также обладает хорошей теплопроводностью, что позволяет использовать его в
случаи, когда необходимо быстро отобрать тепло от источника, как в
сама микроэлектроника, так как схемы греются. Графеновый лист имеет высокую
упругие и механические свойства (такие как алмаз) и по этой причине он может
использоваться отдельно или внутри других материалов, чтобы придать им высокие механические свойства.
и упругие свойства.

Толщина листа графена

Толщина
лист графена может быть изменен в соответствии с требованиями. Тот, который
обычно используемый и предлагаемый Nanografi составляет 35 микрометров. это лучшее
материал, который можно найти в мире.
Размер листа графена составляет 29 х 29 см, а тепловая
проводимость 580 Вт/мК. При этом плотность листа графена составляет 1,82.
г/см ³ . Если вы ищете лист графена определенной толщины
и другие характеристики, дайте нам знать, и мы предоставим вам именно то, что вы
необходимость. Лист графена имеет ту же механическую прочность, что и графен.

Как сделать листы графена?

Графеновый лист
изготовлен из графита, начальная точка процесса состоит из
укладка углеродных листов друг на друга, и это форма, которую мы находим в
природа. Что сделали два новых лауреата Нобелевской премии, так это поняли свою
характеристики, чтобы получить их, именно из графита, сделав его доступным
в ультратонких слоях, подходящих для различных применений. Но мы понимаем
лучше, что лист графена. Это тонкий лист атомов углерода, организованный в
«сотовая» структура с очень специфическими свойствами. Итак, чтобы
получить лист графена, метод механического расслоения, который также
обычно используется так называемый метод скотча. С помощью скотча
лента, тонкий лист графена производится с высокой механической прочностью. Там
представляют собой различные типы графеновых листов. Он может быть прозрачным и
проводящий. Графеновые листы
используются для различных целей.

Графеновые нанотрубки

Графеновые нанотрубки
представляют собой небольшие прокатанные листы графита нанометрового диаметра и длины
микрон. Графеновые нанотрубки обладают отличными электрическими, механическими, оптическими,
химические и термические свойства, по которым они предпочтительны для увеличения нескольких
продуктов, а также для создания новых.

Банка из графеновых листов
свернуть, чтобы сделать графеновые нанотрубки. Исключительные тепловые, механические, электрические,
химические и оптические свойства графеновых нанотрубок позволяют использовать их в
много приложений. Такие приложения могут получить важные преимущества за счет
с добавлением графеновых нанотрубок. Плоские экраны, используемые нанотрубками в качестве поля
излучатели, Композитные материалы, армированные нанотрубками, химические и биологические
датчики для обнаружения загрязняющих элементов. Как правило, такие отрасли, как электроника,
материалы, сенсоры, химия, биотехнология, механика, энергетика, научные и
Использование графена в составе фотонных приборов может принести пользу.
многие продукты.

Оксид графена

Исследование материалов
была фундаментальной на протяжении всей истории для развития различных
технологии, например; сжигание материалов для получения огня, заточка камней
для изготовления копий или наконечников стрел для охоты или даже использования
легкие материалы, которые поглощают сильные удары для производства автомобилей сегодня. Это имеет
привело человека к глубокому изучению материалов, которые
окружать его, и учитывая, что углерод является одним из элементов, способных принимать
различных аллотропных форм, изучение одних и тех же вызвало широкий спектр
материалов, среди которых графен, оксид графена и восстановленный оксид графена.

Графен является одним из
самый перспективный материал на сегодняшний день, так как обладает очень полезными свойствами; такие как
являясь гораздо более твердым материалом, чем алмаз, являясь прекрасным проводником
электрического тока и его податливости, последнее в этом случае встречается очень редко.
материал, так как твердые материалы обычно очень плохо податливы и очень
хрупкий. Это обеспечивает целый мир приложений для этого материала, как в
использование сенсорных экранов для мобильных телефонов.

С другой стороны,
восстановленный оксид графена является промежуточным звеном между оксидом графена и
графена, так как при восстановлении оксида графена модель становится намного
больше похож на графен, обладая схожими свойствами, однако не являясь
тот же материал, восстановленный оксид графена является худшим электрическим проводником, чем
графен и лучше, чем оксид графена.

Прочтите: Дисперсия оксида графена

Давайте изучим
свойства и некоторые области применения оксида графена и восстановленного графена
окись.

Свойства оксида графена

При изучении
материалы важно знать модель, которая управляет материалом, так как,
при этом мы можем получить физические, химические и механические свойства
материал, дающий возможность возможного применения указанных материалов.
Есть несколько причин, почему это происходит, но сложность этого материала
имеет первостепенное значение, поскольку он аморфен, однако оксид графена, как правило, может быть
описывается как двумерный лист, содержащий сотовый углерод
атомы пчелы с функциональными группами гидроксида и кислорода.

Оксид графена имеет некоторые
большие свойства, например проводимость, которая зависит от его атомного и
химическая структура. Как правило, пленки оксида графена обладают сопротивлением в листе.
со значениями 10 ¹² Ом/кв или выше, это означает, что этот материал
очень легко проводит, что является плохим свойством для проводников, однако для
диэлектрические материалы, это очень полезно.

Восстановленный оксид графена

Оксид графена (GO)
представляет собой двумерный материал, рассматриваемый как функционализированный графен с
кислородсодержащие группы. Это основной прекурсор для получения восстановленного графена.
оксид, так как он подвержен восстановлению (удаление кислородсодержащего
функциональные группы посредством физико-химических процессов) и/или функционализированы для
облегчают его межфазное взаимодействие с другими материалами (полимерами,
неорганические наночастицы и т. д.) и образуют композиционные материалы, или путем
самосборные листы для производства макроскопических материалов на основе GO. Эти гибриды
материалы имеют физико-химические свойства выше, чем у их индивидуальных
компоненты и в настоящее время используются для применения в водоочистке,
цензура, катализ, фотогальванические элементы, армирующий материал, биомедицина,
и т. д.

Читать: Восстановленный оксид графена

Как получить восстановленный оксид графена?

Эффективность
химическое и термическое восстановление для получения восстановленного оксида графена (rGO) из GO
был изучен и разработан метод прямого производства графена
оксидные микролистоны самосборными листами ГО. Результаты по хим.
снижение ГО продемонстрировало восстановительный и стабилизирующий характер лимонной кислоты.
кислоты, для которой был предложен возможный механизм восстановления.

Термический
восстановление проводят в атмосфере аргона при температуре от 200
и 1000 °С, поддерживая ОГ в медной фольге (Cu). За один шаг
гибридное соединение, образованное частицами CuO ₂ или Cu, покрытыми rGO
на матрице из того же материала. Это важно
обратите внимание, что можно контролировать фазу Cu в зависимости от температуры.

Относительно
самосборка листов GO, частицы добавляются в кислых условиях к
производить микропоршни. Был предложен механизм для объяснения GO
процесс самосборки на границе раздела твердое тело-жидкость.

Прочный, жесткий,
прозрачный, гибкий, отличный проводник электричества и тепла. Эти, в
Короче говоря, основные свойства графена, который стал элементом
принципиальное значение для исследования. Легкая воспроизводимость на промышленных
уровень является дополнительным стимулом к ​​экспериментированию и знанию того, что будет
вероятно, станет основной составляющей многих приложений будущего.

Все эти особые
особенности делают графен потенциально подходящим для различных типов приложений.
В ближайшем будущем возможное использование может включать производство электрических
компоненты, такие как датчики, батареи, солнечные элементы, сенсорные экраны, встроенные
схемы и даже высокоэффективные композитные материалы. Его потенциал будет
позволяют использовать его также в процессе опреснения воды. Дальнейшие исследования
Графен важно знать его физические, химические и механические свойства.
С помощью этой информации мы можем увидеть возможные приложения, которые могут быть предоставлены
к какому-то конкретному материалу.

20 января 2020 г. Озге Кутун

«Чудо-материал»: как графен изменит мир

-размерный материал графен». Константин Новоселов примет участие в 69-й ^-й -й встрече лауреатов Нобелевской премии в Линдау следующим летом. Узнайте больше о многих способах, которыми «чудо-материал» графен может улучшить нашу жизнь, и о том, какие препятствия необходимо преодолеть для этого.

«Чудо-материал»

С момента создания в 2004 году группой исследователей из Манчестерского университета под руководством Андрея Гейма и Константина Новоселова графен стал одним из самых многообещающих наноматериалов благодаря своему уникальному сочетанию характеристики. До революционного открытия ученые думали, что двумерные кристаллические материалы не могут существовать из-за термодинамической нестабильности. Примечательно, что с помощью обычного скотча Гейму и Новоселову удалось изолировать однослойный графен от куска графита. По сей день механическое расслоение является самым простым способом производства чешуек графена, хотя более поздние методы позволяют получать графен с меньшим количеством примесей. За свою работу Гейм и Новоселов были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 г.

Андрей Гейм и Константин Новоселов, лауреаты Нобелевской премии по физике 2010 года, фото для серии «Нобелевские лауреаты в портрете». © Peter Значок/опечатки 1 в кооперативе. с Нобелевским лауреатом Линдау Встречи

Сотовая решетка, состоящая из одного слоя атомов углерода, кажется хрупкой; однако графен определенно не подходит под это описание. Это не только самый тонкий материал (0,345 нанометра), но и самый прочный — в 200 раз прочнее стали. На этом замечательные механические свойства графена не заканчиваются. Например, графен также эластичен и легок (0,77 миллиграмма на квадратный метр), а это значит, что вам понадобится всего один грамм графена, чтобы покрыть все футбольное поле. Таким образом, графен может стать незаменимым компонентом в композитах или покрытиях для всего, от самолетов и космических кораблей до зданий.

Графен также является отличным электрическим и тепловым проводником благодаря своей кристаллической и ленточной структуре. Даже при комнатной температуре «чудо-материал» представляет собой полуметалл с нулевым перекрытием и замечательной подвижностью электронов. Это делает его многообещающим материалом для гибкой электроники, солнечных элементов, аккумуляторов и высокоскоростных транзисторов, которые имеют очень практическое применение.

Вот лишь несколько способов, которыми исследователи со всего мира планируют использовать графен для обогащения и улучшения нашей жизни.

Графен обладает замечательными свойствами: это не только самый тонкий, но и самый прочный материал, он эластичен и легок, является отличным проводником электричества и тепла. © iStock/BONNINSTUDIO

Energy

Графен готов стать центральным компонентом энергетической инфраструктуры. Например, одно важное приложение — это то, с чем вы, вероятно, взаимодействуете ежедневно: ваш телефон. Исследователи из Северо-Западного университета экспериментировали с электродами на основе графена для литий-ионных аккумуляторов, которые могли бы позволить телефонам удерживать заряд в десять раз дольше и заряжаться в десять раз быстрее, чем современные технологии. В другом месте, в Австралии, исследователи из Университета RMIT разработали электрод на основе графена для суперконденсаторов, который может увеличить текущее накопление солнечной энергии на поразительные 3000%. Кстати говоря, поскольку он переносит заряд намного быстрее, чем большинство других материалов, графен также может стать незаменимым материалом для ультратонких, гибких и недорогих солнечных элементов (после того, как будет решена проблема короткого времени жизни графена). Многофункциональные графеновые маты также могут оказаться полезными для каталитических систем топливных элементов.

Электроника

Многие считают, что графен заменит кремний в компьютерных чипах, поскольку заряд может проходить через двумерный материал быстрее, чем через кремний. По оценкам, графен однажды может обеспечить терагерцовые вычисления — компьютеры, которые в 1000 раз быстрее, чем сегодня. Однако для того, чтобы графен можно было использовать в транзисторах, его нужно легировать примесями, потому что у него нет необходимой ширины запрещенной зоны — он слишком хорош в качестве проводника в чистом виде. Другие исследовательские группы думают о приложении магнитного поля к графеновым лентам, чтобы изменить сопротивление тока, протекающего через них. Подобно клапану, контролирующему поток воды через трубу, транзисторы действуют как выключатели для включения и выключения электричества. Хотя графеновый транзистор еще не готов, исследовательские группы по всему миру стремятся к этой цели, так что переизобретение вычислений может быть лишь вопросом времени.

Австралийские исследователи изобрели электрод на основе графена для суперконденсаторов, который может увеличить текущее накопление солнечной энергии на поразительные 3000%. © Графен Флагман.

Окружающая среда

Сегодня каждый девятый человек не имеет доступа к безопасной воде и каждый третий человек не имеет доступа к туалету. Чтобы восполнить пробел, ученые из австралийского исследовательского центра CSIRO использовали графен для создания простой системы фильтрации, которая позволяет молекулам воды проходить через наноканалы на поверхности мембраны, останавливая при этом загрязняющие вещества с более крупными молекулами. Между тем исследователи из Массачусетского технологического института говорят , что графен может обеспечить революционный способ превращения соленой воды в чистую питьевую воду.

В 2013 году китайские исследователи объявили, что разработали самый легкий из когда-либо существовавших материалов — губчатый материал, полученный путем сплавления высушенного вымораживанием углерода с оксидом графена. Губка на основе графена, получившая название Graphene Aerogel, весит всего 0,16 миллиграмма на кубический сантиметр и способна поглощать масло в количестве, в 900 раз превышающем его собственный вес. В будущем такие губки могут оказаться незаменимыми для очистки разливов нефти.