Графенът и неговото прилагане. Откриването на графена. Нанотехнологии в съвременния свят

Сравнително наскоро в науката и технологиите е нова област, наречена нанотехнологиите. Перспективи за тази дисциплина не е просто огромна. Те са амбициозни. Частицата, по-нататък "нано" е стойност, равна на една милиардна от фракция на всяка стойност. Тези размери могат да се сравняват само с размера на атоми и молекули. Например, един нанометър се нарича една милиардна част от метъра.

Основната посока на новия областта на науката

Нанотехнология нарича тези, които манипулират въпроса за нивото на молекули и атоми. Ето защо, тази област на науката се нарича още молекулярна технология. Каква беше тласък за неговото развитие? Нанотехнологии в съвременния свят са се появили благодарение на лекциите Richarda Feynmana. В него ученият е доказал, че не съществуват пречки за създаването на нещата директно от атомите.

Средства за ефективна манипулация на малки частици, наречени асемблер. Това молекулно наномашина, които могат да бъдат използвани за изграждане на всяка структура. Така например, сглобяването може да се нарече естествен рибозомата синтез на протеин в живите организми.

Нанотехнологии в съвременния свят не са само една област на експертиза. Те представляват широк кръг от научни изследвания, пряко свързана с много фундаментални науки. Сред тях са физиката, химията и биологията. Според учените, тези науки ще имат най-мощният стимул за развитието на фона на настъпващата нанотехнологиите революция.

сфера на приложение

Избройте всички сфери на човешката дейност, където се използва нанотехнологии днес, не е възможно, защото на много впечатляващо списъка. Така че, с помощта на тази област на науката се произвеждат:

- устройства за запис superdense всяка информация;
- различни съоръжения;
- сензори, слънчеви клетки, полупроводникови транзистори;
- информация, компютърни и информационни технологии;
- nanoimprint и нанолитография;
- устройства за съхранение на енергия и горивни клетки;
- отбраната, космически и авиационни приложения;
- bioinstrumentary.

На тази научна област на нанотехнологиите в Русия, САЩ, Япония и няколко европейски страни с по-голямо финансиране се разпределя всяка година. Това се дължи на по-голямата перспективите за развитието на тази сфера на научните изследвания.

Нанотехнологията се развива в Русия според Федералната програма мишена, която осигурява не само големи финансови разходи, но също така и провеждане на голямо количество дизайнерски и изследователски работи. За постигането на целите ще обедини усилията на различни научни и технологични системи на ниво национални и многонационални корпорации.

нов материал

Нанотехнологията са включен учени за получаване на въглероден плоча трудно от диамант, чиято дебелина е само един атом. Тя се състои от графен. Това е най-тънкият и най-здравият материал на Вселената, която предава електричество много по-добре, отколкото силиций компютърни чипове.

Откриването на графена е истинско революционно събитие, което ще позволи на много промени в живота ни. Този материал е толкова уникални физични свойства, които коренно се променя човешката природа на нещата и вещества.

История на откриването

Графенът е двумерен кристал. Неговата структура е шестоъгълна решетка, състояща се от въглеродни атоми. Теоретични изследвания на графена са започнали много преди получаване на истинските му дизайн, тъй като този материал е основа за изграждане на триизмерен графит кристал.

Дори в 1947 G. P. Volles той има някои свойства на графена, доказвайки, че неговата структура е други метали, както и някои характеристики, подобни на тези на ултра-релативистично частици, неутрина и безмасови фотони. Въпреки това, новият материал има някои съществени разлики, които го правят уникален по своята същност. Но потвърждение на тези констатации е получена само през 2004 г., когато Константин Новоселов и Андрей Гейм първи път получава чрез въглерода в свободно състояние. Това ново вещество се нарича графен, и бе основна учени откритие. Намерете този елемент може да бъде в молив. Нейната графит прът се състои от няколко слоя на графен. Как молив оставя отпечатък върху хартията? Факт е, че въпреки силата на основните компоненти на слоевете, има много слаба връзка между тях. Те са много лесно да попаднат в контакт с хартията, оставя следа в писмена форма.

С помощта на новия материал

Според учените, сензорите, които са базирани на графен, да са в състояние да анализира силата и състояние на въздухоплавателното средство, както и да се предскаже земетресения. Но само когато материалът с такива имоти ще остави невероятен лаборатории стенни станат ясни по-практическо приложение ще се развива в посока на веществото. Към настоящия ден, химици, физици и електроинженери вече се интересуват от уникалните възможности на графен. Само след няколко грама от веществото могат да бъдат обхванати територия, равна на футболно игрище.

Графенът и неговото прилагане потенциално разглежда в производството на леки спътници и самолети. В тази област, новият материал може да замени въглеродни влакна в композитни материали. Наноматериали могат да бъдат използвани вместо силициеви транзистори и неговото прилагане в пластмасови поставят електропроводимостта.

Графенът и неговото използване се считат при производството въпроси сензор. Тези устройства са формирани на базата на най-новите материали ще бъде в състояние да се открие най-опасното молекулата. Но използването на нанотехнологии прахове в производството на електрически батерии от време на време, за да се увеличи тяхната ефективност.

Графенът и неговото прилагане са разгледани в оптоелектрониката. От новия материал ще се окаже много лек и издръжлив пластмасов, от която контейнерите ще позволи в продължение на няколко седмици, за да се запази храната свежа.

Използването на графен и се очаква производството на прозрачно проводящо покритие, необходимо за монитори, слънчеви панели и по-силна и по-устойчиви на механични въздействия на вятърни турбини.

Въз наноматериал ще имате по-добра спортна екипировка, медицински импланти и суперкондензатори.

Също така, графен и неговото прилагане, свързани с:

- висока честота с висока мощност на електронни устройства;
- изкуствена мембрана, разделяща два течност в резервоара;
- подобряване на проводимостта свойства на различни материали;
- създаване на дисплей на органичен светодиод;
- ускорено развитие на нови техники за секвениране на ДНК;
- подобряване на течни кристали;
- балистичните транзистори.

Използването на автомобилната индустрия

Според изследователите, специфичната енергия се доближава до графенови 65 кВтч / кг. Тази цифра е 47 пъти по-висока от тази, която е толкова общи днес литиево-йонни батерии. Този факт, учените са използвани за създаване на ново поколение зарядни устройства.

Графенът полимерна батерия - устройството с помощта на които максималната електрическа енергия ефективно запазва. В момента работата по него се извършва от изследователи в много страни. Значителния напредък, постигнат испански учени по този въпрос. Графенът-полимерна батерия, те създадоха има потребление на енергия, стотици пъти по-голяма от подобна цифра за съществуващите батерии. Те го използват за оборудване на електрически превозни средства. Машината, която е инсталирана графен батерия, могат да пътуват без спиране на хиляди километри. За да заредите отново електрическа енергия източник, когато изтощение ще трябва не повече от 8 минути.

сензорни екрани

Учените продължават да изследват графен, създаване на нови и неповторими неща. По този начин, наноматериал въглеродния е намерил приложение и в производството, който произвежда сензорни екрани с широк екран. Терминът може да се появи и гъвкаво устройство от този тип.

Учените имаха графен лист е с правоъгълна форма и се превърна в прозрачен електрод. Той беше този, който участва в сензорния екран, значително намаляване на издръжливостта, прозрачност, гъвкавост, безопасност за околната среда и ниската цена.

получаване на графена

От 2004 г., когато тя е била открита най-новата наноматериали, учените са се справили с редица методи за приготвяне. Въпреки това, най-основните от тези начини се считат:

- механична ексфолиране;
- растеж епитаксиално във вакуум;
- охлаждане perofaznogo химикал (CVD-процес).

Първата от тези три метода е най-простите. производство графен с механична ексфолиация е специална молба на графит с лепило повърхност на самозалепващи се ленти. След тази основа, като лист хартия, започне да се огъват и оправям, отделяне на желания продукт. При прилагането на този метод графен получат най-високо качество. Въпреки това, тези действия не са подходящи за масово производство на наноматериали.

При използване на метода на епитаксиално израстване на тънки силициеви пластини се използват, повърхностния слой, който е силициев карбид. Освен това, този материал се загрява при много висока температура (1000 K). В резултат на химическите реакции се отделя от силициевите атоми на въглеродни атоми, първият от които се изпаряват. В резултат на това на записа остава чист графен. Недостатък на този метод е необходимостта от използване на много високи температури, които могат да възникнат по време на изгаряне на въглеродните атоми.

Най-надеждният и прост метод, използван за масово производство на графена, а CVD-процес. Това е метод, при който химическата реакция между металните покритие катализатор и въглеводородни газове.

Което произвежда графен?

Към днешна дата, най-голямата компания, произвежда нов наноматериал се намира в Китай. В името на производителя - Ningbo Morsh технология. производство графена са започнали през 2012 година.

Основният потребител на наноматериала е компания Чунцин Morsh Technology. Графенът го използва за производство на електропроводими прозрачни филми, които се поставят в сензорния екран.

Сравнително наскоро, добре позната компания Nokia е издал патент върху сензора за изображения. Като част от този по-необходимо, е няколко слоя графен оптичен елемент инструмент. Такъв материал, използван в сензорите камери значително увеличава тяхната чувствителност (до 1000 пъти). В същото време се наблюдава намаляване на потреблението на електроенергия. Добра камера за смартфона също ще съдържа графен.

Приготвяне на домашна среда,

Възможно ли е да произведе графен у дома? Оказва се, да! Ти просто трябва да се вземат блендер капацитет кухня на не по-малко от 400 W, и следвайте метода, разработен от ирландските физици.

Как се произвеждат графен у дома? За тази цел чашата на миксера се изсипва 500 мл вода чрез прибавяне на 10-25 мл на всеки течен препарат и 20-50 грама натрошен плоча. Освен това устройството трябва да се управлява от 10 минути до половин час, до появата на утайка от графен люспи. Полученият материал ще има висока проводимост, която ще позволи използването му в електродите на слънчеви клетки. Графенът също може да подобри свойствата на пластмаса, произведени в домашна среда.

оксид наноматериал

Учените активно проучване и графен структура, така че вътре или по ръбовете на отвора на въглерод е прикрепена или кислородсъдържащи функционални групи (и) на молекулата. Това твърдо Nano-оксид от които е на първите двуизмерни снимки, които са достигнали етап на производство с търговска цел. От нано- и микрочастици на тази структура учени сантиметър проби, произведени.

По този начин, графен оксид в комбинация с въглероден diofilizirovannym наскоро бе получен от китайски учени. Това е един много лек материал см куб, който се проведе на венчелистчетата на една малка цвете. Но това ново вещество, в които графен оксид е един от най-стабилните в света.

биомедицински приложения

Графенът оксид има уникално свойство на селективност. Това ще позволи на веществото да се намери биомедицински приложения. Така, благодарение на работата на учените е възможно да се използват графен оксид за диагностика на рак. Откриване на рак на ранен етап от развитието му позволи уникални оптични и електрически свойства на наноматериала.

Също графен оксид позволява целенасочено доставяне на лекарства и диагностика. Въз основа на този материал са сорбционни биосензори, сочещи към молекула ДНК.

индустриални приложения

Различни сорбенти базирани на графен оксид могат да се прилагат на заразените dezaktsivatsii естествени и изкуствени обекти. Нарязан активен наноматериал може да обработва подземните и повърхностните води, почви и ги изчистване от радионуклида.

Филтри от графен оксид може да осигури superchistotoy помещения, която произвежда електронни компоненти за специални приложения. Уникалните свойства на този материал ще проникват в фини химически сфера технология. По-специално, това може да бъде екстракция на радиоактивните разпръснати и редки метали. По този начин, използването на графен оксид позволява да се извлече злато от нискокачествени руди.