Научное сообщество и промышленность всего мира восхищаются новым веществом, которое благодаря своим удивительным свойствам и многочисленным возможностям практического применения, вне всякого сомнения, изменит многочисленные аспекты нашей жизни; имя этому веществу – графен.
В чем же необычность графена?
- Обладает рядом характеристик, которые ранее не были замечены в других веществах
- Прозрачные и гибкие экраны компьютеров, которые можно скрутить в трубочку или сложить гармошкой, которые превращаются в телефоны и множатся… – все это станет реальностью
- Аэронавтика, медицина, телекоммуникации, производство энергии… – графен станет неотъемлемой частью всех сфер нашей жизни, изменяя ее к лучшему
- Речь идет о прозрачном, очень тонком (максимально тонком), очень легком (0,77 мг / кв. м), водонепроницаемом, эластичном, гибком и одновременно удивительно прочном веществе. Графен является лучшим проводником электричества из когда-либо известных и, к тому же, в изобилии находится в природе, что делает его весьма экономичным.
- Кроме того, недавние исследования Манчестерского университета подтвердили его способность «самовосстанавливаться». При повреждении кристаллической решетки графеновой пленки атомы графена притягивают к себе свободные атомы углерода, заполняя по мере необходимости образовавшиеся «дыры».
Химическая структура
Кристаллическая решетка которой имеет форму сетки из шестиугольников. Получают графен из природного графита, который добывается в угольных шахтах и из которого делают, например, простые карандаши или тормоза автомобиля; хотя возможно также синтезирование этого вещества.
С точки зрения химической структуры, графен является аллотропной модификацией углерода, имеющей плоскую кристаллическую решетку, образованную шестигранниками (как пчелиные соты) из атомов углерода, соединенных посредством ковалентных связей путем наложения гибридов sp(2) связанных углеродов.
Графен был открыт в 2004 году британскими учеными российского происхождения Андреем Геймом и Константином Новоселовым, однако лишь в 2010 году, когда авторы открытия получили Нобелевскую премию по физике, началась «графеновая лихорадка».
Применение
Поразительное разнообразие свойств графена обеспечивает многочисленные возможности промышленного использования. На самом деле, возможности практически безграничны. Их список постоянно расширяется. Вот лишь некоторые примеры:
Жесткие диски, имеющие возможность хранения данных в 1000 раз большего объема, чем современные устройства.
Полупроводники, используемые в производстве сверхбыстрых компьютеров будущего (взамен кремниевым).
Гибкие (которые можно свернуть и сложить и которые лягут в основу самых разных устройств) и сверхтонкие экраны, которые позволят интегрировать бесконтактные системы оплаты.
Видеокамеры ночного видения, чтобы осуществлять фото- и видеосъемку без источников света.
Аккумуляторные батареи более длительного срока действия для мобильных телефонов, компьютеров и электромобилей (графеновые электроды позволяют в 10 раз увеличить срок действия батареи, используемой для зарядки наших мобильных телефонов).
Новые сверхбыстрые телекоммуникационные сети.
Ультраконденсаторы (для автомобилей и электропоездов, а также для повышения кпд линий электропередачи).
Применение в аэронавтике: более быстрые самолеты, выбрасывающие в атмосферу меньше вредоносных выхлопов.
Мощные солнечные установки с эффективностью 42 % (в настоящее время лишь 16 % улавливаемой энергии солнца преобразуется в электричество).
Телевизоры с органическими светодиодами (OLED), при производстве которых используются органические материалы, не приносящие вред окружающей среде.
Мембраны, позволяющие экономить энергию при переработке природного газа и одновременно сократить выбросы углекислого газа тепловых электростанций и выхлопных труб автомобилей.
Снижение себестоимости разделения газа в производстве пластмасс и горючего.
Применение в медицине, в частности при разработке новой вакцины против рака и производстве сенсоров, наносимых на зубы для обнаружения патологий.
Более того, графен представляет собой идеальную основу для создания новых материалов «под заказ» в зависимости от конкретных нужд. Эльза Прада, научный сотрудник Мадридского института материаловедения Высшего совета по научным исследованиям Испании CSIC, работавшая вместе с Новоселовым, указала, в частности, на флюорографен (двумерный аналог тефлона, имеющий исключительные смазывающие и изолирующие свойства), гексагональный нитрит бора (прозрачный кристаллический изоляционный материал, обладает высокой твердостью, в комбинации с графеном улучшает электромеханические свойства), дисульфид молибдена (еще один двумерный кристалл, обладающий многообещающими свойствами и возможностью применения в производстве транзисторов нового поколения) и силицен (соединение кремния, подобное графену; имеет некоторые подобные графену свойства, может быть легко использован в современной электронике, основанной на кремнии).
Графен в Испании и проект Евросоюза Graphene Flagship
Испанские передовые ученые занимаются исследованиями в области изучения графена. На сегодняшний день самым активным проектом в Испании является проект Европейского Союза Graphene Flagship. Компания из Сан-Себастьяна Graphenea, крупнейший производитель графена в ЕС, является одним из партнеров этого проекта вместе с такими компаниями, как Philips, Varta, Nokia, ST Microelectronics, Repsol, Alcatel-Lucent и Airbus. Наряду с этим в ближайшем будущем планируется начать строительство одной из крупнейших в мире графеновых фабрик в городе Йекла (Мурсия, Испания).
Трудности, которые предстоит преодолеть
На сегодняшний день производство графена из графита, а также получение материала заданной чистоты в зависимости от дальнейшего применения представляют собой весьма сложный процесс. Несмотря на это, решение этих трудностей – лишь вопрос времени: такие издания, как Science и Nature регулярно отзываются на сообщения о новейших технологических разработках.
Графен собираются использовать для производства сверхмощных компьютеров.
Источник: INMESOL POWER SOLUTIONS