Grafenu i jego zastosowanie. Odkrycie grafenu. Nanotechnologia w nowoczesnym świecie

Stosunkowo niedawno w Nauce i Technologii jest nowy obszar, zwany nanotechnologia. Perspektywy dla tej dyscypliny to nie tylko ogromna. Są ambitni. Cząstki, określane jako „nano” ma wartość równą jeden miliardowej frakcji o dowolnej wartości. Te wymiary mogą być porównywane jedynie z wielkości atomów i cząsteczek. Na przykład, nanometr nazywa się jedna miliardowa część metra.

Głównym kierunkiem nowej dziedziny nauki

Nanotechnologia nazywane te, które manipulują sprawę na poziomie cząsteczek i atomów. Dlatego ta dziedzina nauki zwana jest również technologia molekularna. Co było impulsem dla jego rozwoju? Nanotechnologia w nowoczesnym świecie pojawiło się dzięki wykładu Richarda Feynmana. W nim naukowiec udowodnił, że nie ma żadnych przeszkód do tworzenia rzeczy bezpośrednio z atomami.

Środki do skutecznej manipulacji drobnych cząstek zwanych asemblera. Ten nanomachine cząsteczkowej, które mogą być używane do budowania dowolną konstrukcję. Na przykład, kompilator może być jako naturalne rybosomu syntezy białka w organizmach żywych.

Nanotechnologia we współczesnym świecie są nie tylko jeden obszar wiedzy. Reprezentują one szeroki zakres badań bezpośrednio związanym z wielu podstawowych nauk. Wśród nich są fizyka, chemia i biologia. Według naukowców, nauki te będą miały najbardziej potężny impuls do rozwoju na tle nadchodzącym nanotechnologii rewolucji.

Zakres zastosowania

Lista wszystkich sfer działalności ludzkiej, gdzie dzisiaj nanotechnologia jest używany, jest to niemożliwe ze względu na bardzo imponującą listę. Tak więc, z pomocą tej dziedziny nauki są produkowane:

– urządzenia do supergęstej zapisywanie jakichkolwiek informacji;
– różne wyposażenie;
– czujniki, ogniwa słoneczne, tranzystory półprzewodnikowe
– informacje, informatyki i technologii informacyjnej;
– nanoimprint i nanolithography;
– urządzenia do przechowywania energii oraz ogniwa paliwowe;
– aplikacje obronne, przestrzeń i lotnictwa;
– bioinstrumentary.

Na tym polu naukowym nanotechnologii w Rosji, USA, Japonii i kilku krajach europejskich posiadających więcej środków przeznacza każdego roku. Wynika to z ogromnych perspektywach rozwoju tej dziedziny badań.

Nanotechnologia rozwija się w Rosji według federalnego programu docelowego, który zapewnia nie tylko wielkich nakładów finansowych, ale również niesie dużą ilość prac projektowych i badawczych. Aby osiągnąć cele wykraczające zjednoczyć wysiłki różnych systemów naukowych i technicznych na poziomie korporacji krajowych i międzynarodowych.

nowy materiał

Nanotechnologii włączony naukowców do wytworzenia płyty węgla twardszy niż diament, którego grubość jest tylko jeden atom. Składa się on z grafenu. Jest to najcieńszy i najmocniejszy materiał we wszechświecie, który przekazuje energię elektryczną znacznie lepiej niż krzem chipów komputerowych.

Odkrycie grafenu to prawdziwy rewolucjonista wydarzenie, które pozwoli dużo zmian w naszym życiu. Ten materiał jest tak unikalne właściwości fizyczne, które fundamentalnie zmienia ludzką naturę rzeczy i substancji.

Historia odkrycia

Grafen jest dwuwymiarowy kryształ. Jego konstrukcja jest sześciokątny kraty składa się z atomów węgla. Teoretyczne badania grafenu rozpoczęła się na długo przed jego rzeczywiste projekty, ponieważ materiał ten jest podstawą do konstruowania trójwymiarowych grafitowy kryształ.

Nawet w 1947 G. P. Volles ma pewne właściwości grafenu, co dowodzi, że jego konstrukcja jest podobna metali i niektóre właściwości podobne do tych z ultra-Relatywistyczna cząstek neutrinów i bezmasowych fotonów. Jednak nowy materiał istnieją pewne istotne różnice, które czynią go wyjątkowym w swej naturze. Jednak potwierdzenie tych wyników uzyskano dopiero w 2004 roku, kiedy Konstantin Nowosiołow i Andriej Geim został po raz pierwszy otrzymany przez węgiel w stanie wolnym. Ta nowa substancja nazywana jest grafen, a był głównym naukowców odkrycie. Znajdź ten przedmiot może być ołówkiem. Jego grafit pręt składa się z wielu warstw grafenu. Jak ołówek pozostawia ślad na papierze? Faktem jest, że mimo siły najważniejszych elementów warstw, jest bardzo słaby związek między nimi. Są one bardzo łatwo wpaść w kontakcie z papieru, pozostawiając ślad w formie pisemnej.

Korzystanie z nowego materiału

Według naukowców, czujniki, które są oparte na grafenu, umieć analizować siłę i stan samolotu, jak również do przewidywania trzęsień ziemi. Ale tylko wtedy, gdy materiał z takich właściwości pozostawi wspaniałe laboratoria ściana się jasne, praktyczne zastosowanie będzie rozwijać się w kierunku substancji. Na obecnym dzień, chemików, fizyków i inżynierów elektryczne są już zainteresowani unikalnych możliwości grafenu. Po zaledwie kilka gramów substancji mogą być pokryte terytorium, równego boiska piłkarskiego.

Grafen, a jego stosowanie potencjalnie uznane w produkcji lekkich satelitów i samolotów. W tym obszarze, nowy materiał można wymienić włókna węglowe w tych materiałach kompozytowych. Nanomateriały mogą być stosowane zamiast tranzystorów krzemu i jego wykonanie z tworzywa sztucznego daje to przewodność elektryczną.

Grafenu i jego stosowanie są uważane w produkcji czujników sprawy. Urządzenia te są tworzone na podstawie najnowszych materiałów będzie w stanie wykryć najbardziej niebezpieczne cząsteczki. Jednak korzystanie z nano-proszków w produkcji baterii elektrycznych czasami w celu zwiększenia ich skuteczności.

Grafenu i jego zastosowanie zostały omówione w optoelektronice. Nowego materiału okaże się bardzo lekkie i wytrzymałe tworzywo sztuczne, z którego pojemniki pozwolą na kilka tygodni, aby zachować świeże jedzenie.

Oczekuje się, że zastosowanie grafenu i wytwarzanie przeźroczystej przewodzącej powłoki wymaganego monitorów, paneli słonecznych i silniejsza i bardziej odporna na oddziaływania mechaniczne turbin wiatrowych.

W oparciu nanomateriał będzie miał lepszy sprzęt sportowy, implanty medyczne i superkondensatory.

Również grafenu i jego zastosowanie istotne:

– urządzenia elektroniczne o wysokiej częstotliwości o dużej mocy;
– sztuczne membrana oddzielająca dwa cieczy w zbiorniku;
– poprawa właściwości przewodnictwa różnych materiałów;
– tworzenie obrazu na światło diody emitującej organicznego;
– przyspieszyć rozwój nowych technik sekwencjonowania DNA;
– ulepszenie wyświetlaczy ciekłokrystalicznych;
– tranzystorów balistycznych.

Zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym

Według naukowców, specyficzna energia zbliża się do grafenu 65 kWh / kg. Liczba ta jest 47 razy wyższe niż to, które są tak powszechne obecnie akumulatory litowo-jonowe. Fakt ten, naukowcy wykorzystane do stworzenia nowej generacji ładowarek.

Grafen bateria polimerowa – urządzenie, za pomocą którego maksymalna moc elektryczna skutecznie zatrzymywane. Obecnie prace nad nim są prowadzone przez naukowców w wielu krajach. Znaczny postęp osiągnięto hiszpańskich naukowców w tej sprawie. Grafen-polimerowa bateria, stworzyli ma zużycie energii, setki razy większa niż podobny rysunek istniejących baterii. Używają go wyposażyć pojazdy elektryczne. Maszyna, która jest zainstalowana bateria grafenu, mogą podróżować bez zatrzymywania się tysiące kilometrów. Aby naładować źródła energii elektrycznej, gdy wyczerpanie będzie potrzeba nie więcej niż 8 minut.

ekrany dotykowe

Naukowcy nadal badać grafenu, tworząc nowe i niezrównane rzeczy. Zatem nanomateriałów węglowych znalazła swoje zastosowanie w produkcji, która produkuje ekrany dotykowe z szerokim ekranie. Termin ten może pojawić się i elastyczne urządzenie tego typu.

Naukowcy dostał graphene blachy ma kształt prostokątny, a się go w przypadku, przezroczyste elektrody. On również brał udział w pracach ekranu dotykowego, co znacznie zmniejsza trwałość, przejrzystość, elastyczność, przyjazność dla środowiska i niski koszt.

uzyskanie graphene

Od 2004 roku, kiedy to został otwarty najnowszy nanomateriały naukowcy opanowali wiele metod jego wytwarzania. Jednak najbardziej podstawowym z tych sposobów są uważane:

– złuszczanie mechaniczne;
– wzrost epitaksjalny w próżni;
– chłodzenie perofaznogo chemicznego (CVD procesu).

Pierwszy z tych trzech metod jest najbardziej proste. Produkcja graphene z złuszczania mechanicznego jest zastosowanie specjalne grafitu do klejącej powierzchni taśmy klejącej. Po tej podstawie, na przykład arkusza papieru, zaczynają wyginać wyprostu oddzielając pożądany produkt. Przy stosowaniu tej metody grafenu uzyskać najwyższą jakość. Jednakże takie działania, nie nadają się do masowego wytwarzania nanomateriałów.

Gdy metodą epitaksjalnego wzrostu cienkich płytek krzemowych stosowane są warstwy powierzchniowe, które jest z węglika krzemu. Ponadto, materiał ten jest ogrzewany do bardzo wysokiej temperatury (1000 K). W wyniku reakcji chemicznych jest oddzielona od atomów krzemu atomów węgla, z których pierwszy parowaniu. W rezultacie, zapis pozostaje czysty grafen. Wadą tego sposobu jest konieczność stosowania bardzo wysokich temperatur, które mogą występować przy spalaniu atomów węgla.

Najbardziej niezawodny i prosty sposób stosowane w produkcji masowej, a grafenu proces CVD. Jest to metoda, w której reakcja chemiczna między katalizatorem i gazów węglowodorowych metalowych powlekanych.

Która produkuje grafenu?

Do tej pory największa firma produkuje nowy nanomateriał znajduje się w Chinach. Nazwa producenta – Ningbo Morsh technologii. produkcja grafenu zaczęli w 2012 roku.

Głównym konsumentem nanomateriału jest firmą Chongqing Morsh technologii. Graphene wykorzystać do wytwarzania przewodzących folie przezroczyste, które są wkładane do wyświetlacza z ekranem dotykowym.

Stosunkowo niedawno, dobrze znana firma Nokia wydała patent na czujnik obrazu. W ramach tego bardzo potrzebne jest kilka warstw grafenu optycznym elementem instrumentu. Takie materiały stosuje się w czujników aparatów znacznie zwiększa wrażliwość (do 1000 razy). Jednocześnie obserwowano zmniejszenie zużycia energii elektrycznej. Dobry aparat na smartfonie będą również zawierać grafenu.

Wytwarzanie środowisku domowym

Czy to możliwe, do produkcji grafenu w domu? Okazuje się, że tak! Trzeba tylko wziąć pojemność blendera kuchni nie mniej niż 400 W, a następnie postępuj zgodnie z metodą opracowaną przez Irlandczyków fizyków.

Jak produkować grafen w domu? W tym celu kielich mikser wylano 500 ml wody przez dodanie 10-25 ml detergentów w postaci cieczy i 20-50 g pokruszonego łupku. Dalej, urządzenie powinno być prowadzone od 10 minut do pół godziny, aż do pojawienia się zawiesiny płatków grafenu. Otrzymany materiał ma wysoką przewodność, która umożliwia jej wykorzystanie w elektrodami ogniw słonecznych. Grafen także może poprawić właściwości plastiku wytwarzanego w warunkach domowych.

nanomateriał tlenek

Naukowcy aktywne badania i struktura graphene taki sposób, że wewnątrz lub na brzegach siatki węgla jest przyłączony lub grupy funkcyjne zawierające tlen (a) cząsteczki. Ten stały Nano-tlenek, który jest pierwsze zdjęcia dwuwymiarowe, które osiągnęły stadium produkcji komercyjnej. Z nano- i mikrocząstek tej struktury naukowcy centymetr próbek wyprodukowanych.

Tak więc, tlenek grafenu w połączeniu z diofilizirovannym węgla został niedawno uzyskane przez chińskich naukowców. Jest to bardzo lekki materiał kostka centymetr który odbywa się na płatkach mały kwiat. Ale ta nowa substancja, w której tlenek grafenu jest jednym z najbardziej stałe na świecie.

zastosowania biomedyczne

tlenek grafenu ma unikalną właściwość selektywności. Pozwoli to substancja znaleźć biomedycznych aplikacji. Tak więc, dzięki pracy naukowców było możliwe użycie tlenku grafenu do diagnozowania raka. Wykrywania raka we wczesnym etapie ich rozwoju, które pozwalają wyjątkowe właściwości optyczne i elektryczne nanomateriału.

Również tlenek grafenu pozwala ukierunkowanego dostarczania leków i diagnostyki. Na podstawie tego materiału są biosensory sorpcyjne, wskazując na cząsteczkę DNA.

zastosowania przemysłowe

Różne sorbenty oparte na tlenku grafenu może być stosowane do przedmiotów zainfekowanych dezaktsivatsii naturalnych i syntetycznych. Redukcja aktywnego nanomateriał może przetwarzać gruntowych i powierzchniowych, gleby i usuwania ich z radionuklidem.

Filtry tlenku grafenu może zapewnić lokal superchistotoy, produkująca podzespoły elektroniczne do zastosowań specjalnych. Unikalne właściwości materiał ten wnikają cienkiej technologii chemicznej kulek. W szczególności może to być ekstrakcja radioaktywnych rozproszone i rzadkich metali. W ten sposób, zastosowanie tlenku grafenu pozwala wyodrębnić złota z rudy o niskiej jakości.