О теории  этого сверхсовременного  материала  можно было  услышать от физика-теоретика Филипа Волласа еще в далеком 1947 году. Отправной точкой его  исследований стало изучение и понимание трехмерного графита.  Однако  название для описания мономолекулярного слоя (слоя, толщиной в одну молекулу) атомов углерода, которые плотно упакованы в двухмерную решетку, по форме напоминающую пчелиные соты, — «графен» было дано этому материалу лишь спустя сорок лет.

 Эта двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, в  двумерную кристаллическую решётку, которая представляется как отделенная часть от объемного кристалла графита и получила названия «графен». Как и ожидалось, графен материал, обладающий большой механической жесткостью и отличной проводимостью: из-за своих особенностей энергетического спектра,  графен проявляет специфические, в отличие от других двумерных систем, электрофизические свойства.

  Проще говоря, графен был открыт на кончике пера, но сам материал в действительности был получен только в 2004 году. Кусочки графена получают при механическом воздействии на высокоориентированный пиролитический графит или киш-графит. Сначала плоские куски графита помещают между липкими лентами (скотч) и расщепляют раз за разом, создавая достаточно тонкие слои.

А за передовые опыты с этим материалом, ученые Константин Новоселов и Андрей Гейм стали лауреатами Нобелевской премии в 2010 году. ученые Константин Новоселов и Андрей Гейм стали лауреатами Нобелевской премииДанная награда, служит признанием многообещающего будущего графена. Он может произвести революцию в индустрии электроники и позволит создавать легкие, крепче стали, материалы. И это только некоторые, из длинного списка возможных применений. Гейм заявил, что он «видит параллели с ситуацией, которая сложилась около 100 лет назад, когда были открыты полимеры. Прошло некоторое время и полимеры вошли в нашу жизнь в виде пластмассы и стали играть важную роль в жизни людей».

За истекший период  в восемь лет, ученые продолжают открывать его поразительные свойсва, некоторые из которых стали полной неожиданностью.  Теперь уже понятно, что он кардинально изменит жизнь людей в 21 веке. И это имеет под собой почву. Например совсем недавно опыты, производимые с мембраной из этого материала, блокирует  прохождение нескольких газов и жидкостей, но пропускает через себя воду!  Получается суперфильтр, который потенциально может быть использован для фильтрации токсичных веществ из воды и очистки промышленных химикатов. Или вот еще:  Чен Мин Юк из Калифорнийского университета и его коллеги показали, что специальные  карманы, созданные из листов  графена могут быть использованы для изучения жидкостей  с использованием просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) с очень высоким разрешением,  качества которого не  возможно достичь  при использовании традиционных  нитрида  или оксида кремния.

Графен и его производные —  это не только самый тонкий материал, но он также примерно в 200 раз прочней стали и проводит электричество при комнатной температуре лучше, чем любой другой материал, известный человечеству. Исследователи из Колумбийского университета, которые доказали, что графен является самым прочным материалом который когда либо измерялся, заявили: «Чтобы порвать пленку графена толщиной в 0.01 мм, понадобится слон, при этом его вес должен уместиться на площади равной кончику карандаша».

Ученые бьются в  поиске лучшего материала для  замены кремниевым полупроводникам. Ею должен стать  графен. Самая актуальная проблема создателей компьютерных чипов, заключается в том, чтобы увеличивая их мощность, сделать чипы как можно  меньших размеров и достичь всего этого без значительного увеличения температуры. В теории, графеновые транзисторы, смогут обеспечить значительно более высокую скорость, при этом препятствуя увеличению температуры на микроскопическом уровне.

Какие еще существуют потенциальные области графена?  Такие возможности вполне могут включить  замену углеродных волокон в композитных материалах, с целью создания более легковесных самолетов и спутников;  внедрение в пластмассу, с целью придания ей высокой  электропроводности; датчики на основе графена могут обнаруживать опасные молекулы; использование графеновой пудры в электрических аккумуляторах, с целью увеличения их эффективности; внедрение в оптоэлектронику;  создание более крепкого, прочного  и легкого пластика и герметичных пластиковых контейнеров, которые позволят неделями хранить в нем еду, и она будет оставаться свежей; прозрачное токопроводящее покрытие для солнечных панелей и для мониторов; более крепкие ветряные двигатели; более устойчивые к механическому воздействию медицинские имплантаты; лучшее спортивное снаряжение; суперконденсаторы; мощнейшие высокочастотные электронные устройства; искуственные мембраны для разделения двух жидкостей в резервуаре; улучшение тачскринов; ЖКД (жидкокристаллические дисплеи); дисплей на органических светодиодах; графеновые наноленты позволят создать баллистические транзисторы; нанобреши в графене могут позволить создать новые техники скоростного секвенирования ДНК.

И это всего лишь вершина айсберга возможностей применения. Человечество  еще в самом начале длинного пути. Представьте себе, хотя бы, последствия  только компьютерной революции. IBM уже продемонстрировала 100 GHz транзистор на основе графена и заявила, что на горизонте уже маячит процессор мощностью в 1THz. Графен предоставляет неограниченные возможности практически во всех областях индустрии и производства. Со временем, он вероятно станет для нас таким же  обычным материалом, как пластиковые пакеты. Но не рвущиеся и не трущиеся — вечные. Может быть тогда и решится проблема современности — скопление мусора на планете? Или станет еще хуже…

One thought on “Чудо-материал графен, который кардинально изменяет технологии

Добавить комментарий