Graphene at application nito. Ang pagkatuklas ng graphene. Nanotechnology sa modernong mundo

Relatibong kamakailan sa Agham at Teknolohiya ay isang bagong lugar, na tinatawag Nanotechnology. Prospects para sa disiplina na ito ay hindi lamang malawak na. Ang mga ito ay mapag-adhika. Ang maliit na butil, tinutukoy bilang "nano" ay isang halaga na katumbas ng isang billionth ng isang maliit na bahagi ng anumang halaga. Ang mga sukat ay maaari lamang kung ikukumpara sa laki ng atoms at molecules. Halimbawa, ang isang nanometer ay tinatawag na isa-billionth ng isang metro.

Ang pangunahing direksyon ng bagong larangan ng agham

Nanotechnology tinatawag na yaong manipulahin ang bagay sa antas ng molecules at atoms. Samakatuwid, ang lugar na ito ng agham ay tinatawag din na molekular teknolohiya. Ano ang impetus para sa kanyang pag-unlad? Nanotechnology sa modernong mundo lumitaw salamat sa lektura Richarda Feynmana. Dito ang siyentipiko ay may pinatunayan na walang mga obstacles sa ang paglikha ng mga bagay-bagay nang direkta mula sa atoms.

Ibig sabihin nito para epektibong pagmamanipula ng mga maliliit na particle na tinatawag na assembler. Ito molecular nanomachine, na maaaring magamit upang bumuo ng anumang istraktura. Halimbawa, ang mga assembler ay maaaring tinatawag na natural na ribosome synthesizing isang protina sa buhay na organismo.

Nanotechnology sa modernong mundo ay hindi lamang isang solong lugar ng kadalubhasaan. Sila ay kumakatawan sa isang malawak na saklaw ng pananaliksik na direktang may kinalaman sa maraming pangunahing mga agham. Kabilang sa mga ito ay physics, kimika at biology. Ayon sa mga siyentipiko, ang mga agham ay magkakaroon ng pinaka-malakas na puwersa sa pag-unlad laban sa mga senaryo ng mga darating na nanotech rebolusyon.

sphere ng application

Ilista ang lahat ng mga spheres ng aktibidad ng tao, kung saan Nanotechnology ay ginagamit araw na ito, ito ay imposible dahil sa masyado kahanga-hanga listahan. Kaya, sa tulong ng mga patlang na ito ng agham ay ginawa:

- aparato para superdense pag-record ng anumang impormasyon;
- iba't-ibang mga kagamitan;
- sensor, solar cell, semiconductor transistors;
- impormasyon, computing at impormasyon teknolohiya;
- nanoimprint at nanolithography;
- aparato para sa pag-iimbak ng enerhiya, at mga cell gasolina;
- pagtatanggol, space at aviation application;
- bioinstrumentary.

Ngayong pang-agham na larangan ng Nanotechnology sa Russia, USA, Japan at ilang mga European bansa na may higit sa pagpopondo ay ilalaan sa bawat taon. Ito ay dahil sa ang malawak na prospect para sa pag-unlad ng ang katayuan ng pananaliksik.

Nanotechnology ay pagbuo sa Russia ayon sa mga Pederal na target na programa, na kung saan ay nagbibigay ng hindi lamang mahusay na pinansiyal na mga gastos, ngunit din nagdadala ng isang malaking halaga ng disenyo at pananaliksik mga gawa. Upang makamit ang mga layunin sa pagpunta sa pag-isahin ang mga pagsisikap ng iba't ibang mga pang-agham at teknolohikal na mga sistema sa antas ng pambansa at maraming nasyonalidad korporasyon.

bagong materyales

Nanotechnology pinagana siyentipiko upang makabuo ng isang carbon plate mahirap kaysa sa diyamante na ang kapal ay lamang ng isang atom. Binubuo ito ng graphene. Ito ay ang thinnest at pinakamatibay na materyales sa uniberso, na kung saan nagpapadala ng kuryente magkano ang mas mahusay kaysa sa silikon chips computer.

Ang pagkatuklas ng graphene ay isang tunay na rebolusyonaryong kaganapan, na kung saan ay magbibigay-daan gaanong pagbabago sa ating buhay. Ang materyal na ito ay kaya natatanging pisikal na katangian na sa panimula pagbabago ng tao likas na katangian ng mga bagay at sangkap.

Kasaysayan ng pagtuklas

Graphene ay isang dalawang-dimensional na kristal. Kaayusan nito ay isang heksagunal lattice na binubuo ng carbon atoms. Theoretical pag-aaral ng graphene nagsimula katagal bago pagkuha ng kanyang tunay na mga disenyo, dahil ang materyales na ito ay ang batayan para sa paggawa ng isang three-dimensional grapayt kristal.

Kahit noong 1947 G. P. Volles siya ay may ilang mga katangian ng graphene, na nagpapatunay na kaayusan nito ay katulad metal, at ang ilang mga katangian katulad ng sa mga ng ultra-relativistic particle, neutrinos at walang masang photons. Gayunman, ang mga bagong materyales may ilang mga makabuluhang pagkakaiba na gawin itong natatanging sa kanyang kalikasan. Ngunit kumpirmasyon ng mga natuklasan ay natamo lamang sa 2004, kapag Konstantin Novoselov at Andrey Geim ay unang nakuha sa pamamagitan ng carbon sa libreng estado. Ang bagong sangkap ay tinatawag na graphene, at ay isang pangunahing pagtuklas siyentipiko. Maghanap ng item na ito ay maaaring sa lapis. Nito grapayt baras ay binubuo ng maramihang mga layer ng graphene. Paano gumagana ang isang lapis-iiwan ng marka sa papel? Ang katotohanan ay na, sa kabila ng ang lakas ng ang pangunahing mga bahagi ng mga layer, mayroong isang tunay mahina link sa pagitan ng mga ito. Ang mga ito ay napakadaling mahulog sa contact na may mga papel, umaalis sa isang trail sa pamamagitan ng sulat.

Gamit ang mga bagong materyales

Ayon sa mga siyentipiko, ang mga sensors na naka-base sa graphene, maaaring pag-aralan ang mga lakas at kalagayan ng ang sasakyang panghimpapawid, pati na rin upang mahulaan ang lindol. Ngunit lamang kapag ang mga materyales na may tulad na mga katangian ng mag-iiwan ng mga nakamamanghang pader laboratoryo naging malinaw praktikal na application ay bumuo sa direksyon ng mga sangkap. Sa kasalukuyan araw, chemists, physicists at mga de-koryenteng inhinyero ay interesado na sa mga natatanging kakayahan ng graphene. Pagkatapos lamang ng ilang gramo ng mga sangkap ay maaaring sakop teritoryo, katumbas ng isang football field.

Graphene at application nito potensyal na isinasaalang-alang sa paggawa ng magaan na satellite at sasakyang panghimpapawid. Sa lugar na ito, ang mga bagong materyales ay maaaring palitan ang carbon fibers sa composite materyales. Nanomaterials ay maaaring gamitin sa halip ng silikon transistors at pagpapatupad nito sa plastic bigyan ito ng paglipat ng koryente.

Graphene at ang paggamit nito ay isinasaalang-alang sa usapin sensor paggawa. Mga aparatong ito ay binuo sa batayan ng ang pinakabagong mga materyal ay maaaring makapag-tuklasin ang pinaka-mapanganib Molekyul. Ngunit ang paggamit ng Nano-powders sa ang produksyon ng mga electric baterya sa mga oras upang madagdagan ang kanilang pagiging epektibo.

Graphene at application nito ay tinalakay sa optoelectronics. Sa mga bagong materyales ay i-out napaka magaan at matibay na plastic kung saan ang lalagyan ay magbibigay-daan para sa isang ilang linggo upang panatilihin ang pagkain sariwa.

Ang paggamit ng graphene at ay inaasahan na paggawa ng isang transparent kondaktibo patong na kinakailangan para sa monitor, solar panels at isang mas malakas at mas lumalaban sa mekanikal epekto ng turbines hangin.

Batay nanomaterial ay magkakaroon ng isang mas mahusay na sports kagamitan, mga medikal na implants at supercapacitors.

Gayundin, graphene at application nito na may kaugnayan sa:

- mataas na dalas ng mataas na kapangyarihan elektronikong aparato;
- artipisyal na lamad na naghihiwalay sa dalawang likido sa tangke;
- pagpapabuti ng koryente katangian ng iba't-ibang mga materyales;
- ang paglikha ng isang display sa organic light emitting diode;
- pinabilis na pag-unlad ng mga bagong pamamaraan ng DNA sequencing;
- pagpapabuti ng likidong kristal display;
- ballistic transistors.

Ang paggamit sa automotive industry

Ayon sa mga mananaliksik, ang mga tiyak na enerhiya ay nalalapit sa graphene 65 kWh / kg. Figure na ito ay 47 beses na mas mataas kaysa sa isa na ay kaya karaniwan sa panahong ito lithium-Ion baterya. Ang katotohanang ito, ang mga siyentipiko na ginagamit upang lumikha ng isang bagong henerasyon ng mga baterya charger.

Graphene polimer baterya - ang aparato sa pamamagitan ng kung saan ang maximum electric power mahusay mananatili. Sa kasalukuyan, ang trabaho sa ito ay natupad sa pamamagitan ng mga mananaliksik sa maraming mga bansa. Makabuluhang progreso nakakamit Espanyol siyentipiko sa usaping ito. Graphene-polimer baterya, sila nilikha ay may enerhiya consumption, daan-daang beses na mas malaki kaysa sa isang katulad na figure para sa mga umiiral baterya. Ginagamit nila ito upang magbigay ng kasangkapan ang electric sasakyan. Ang machine, na kung saan ay naka-install graphene baterya, maaaring maglakbay nang walang tigil libu-libong kilometro. Upang recharge ang electric enerhiya pinagmulan kapag pagkaubos kakailanganin ng hindi hihigit sa 8 minuto.

touchscreens

Siyentipiko magpatuloy upang galugarin ang graphene, ang paglikha ng isang bago at walang kapantay na mga bagay. Kaya, ang carbon nanomaterial ay natagpuan ang kanyang aplikasyon sa produksyon na gumagawa touch screen na may malawak na screen. Ang terminong ay maaaring lumitaw at may kakayahang umangkop na aparato ng ganitong uri.

Siyentipiko Nakakuha ng graphene sheet ay hugis-parihaba sa hugis at naka ito sa isang transparent elektrod. Siya rin ay lumahok sa mga gawain ng touch screen, malaki pagbabawas ng tibay, linaw, kakayahang umangkop, environmental pagkamagiliw at mababang gastos.

pagkuha ng graphene

Mula noong 2004, kapag ito ay binuksan ang pinakabago nanomaterials, siyentipiko ay may mastered ang isang bilang ng mga pamamaraan para sa paghahanda nito. Gayunman, ang pinaka-basic sa mga paraang ito ay isinasaalang-alang:

- makina pagtuklap;
- epitaxial paglago sa vacuum;
- paglamig perofaznogo kemikal (CVD proseso).

Ang unang ng mga tatlong pamamaraan ay ang pinaka-simple. graphene produksyon na may mechanical pagtuklap ay isang espesyal na application ng grapayt sa malagkit ibabaw ng malagkit tape. Pagkatapos ng foundation na ito, tulad ng isang sheet ng papel, simulan upang yumuko at magluwag, na naghihiwalay ang nais na materyal. Kapag nag-aaplay ang pamamaraan na ito graphene makuha ang pinakamataas na kalidad. Gayunpaman, tulad aksyon ay hindi angkop para sa mass produksyon ng mga nano-materyales.

Kapag ginagamit ang paraan ng epitaxial paglago ng manipis na manipis silikon ay ginagamit, ang ibabaw layer na kung saan ay silikon karbid. Dagdag dito, ang materyales na ito ay pinainitan sa isang napaka-mataas na temperatura (1000 K). Bilang isang resulta ng mga kemikal na reaksyon ay pinaghihiwalay mula sa atoms silikon atoms ng carbon, ang unang ng kung saan gawing usok. Bilang isang resulta, sa rekord ay nananatiling dalisay graphene. Ang kawalan ng ang paraan ay ang pangangailangan ng paggamit ng napakataas na temperatura, na kung saan ay maaaring mangyari sa panahon ng pagkasunog ng carbon atoms.

Ang pinaka-maaasahang at simpleng pamamaraan na ginamit para sa mass produksyon ng graphene, isang CVD-proseso. Ito ay isang paraan kung saan ang mga kemikal na reaksyon sa pagitan ng mga metal-pinahiran katalista at haydrokarbon gases.

Aling gumagawa graphene?

Upang petsa, ang pinakamalaking kumpanya, gumagawa ng isang bagong nanomaterial ay matatagpuan sa Tsina. Ang pangalan ng tagagawa - Ningbo Morsh Technology. graphene production sila ay nagsimula noong 2012.

Ang pangunahing consumer ng nanomaterial ay isang kumpanya Chongqing Morsh Technology. Graphene gamitin ito para sa produksyon ng kondaktibo transparent na pelikula, na kung saan ay ipinasok sa touchscreen display.

Relatibong kamakailan lamang, isang kilalang kumpanya ng Nokia ay ibinigay ng isang patent sa sensor imahe. Bilang bahagi ng magkano-kinakailangan ay isang ilang mga layer ng graphene optical instrumento elemento. Ang ganitong mga isang materyal na ginagamit sa mga sensor ng camera lubhang pinatataas ang kanilang sensitivity (hanggang sa 1000 beses). Kasabay nito sinusunod pagbawas sa pagkonsumo ng koryente. Magandang camera para sa mga smartphone ay maaari ring maglaman ng graphene.

Paghahanda ng isang domestic kapaligiran,

Posible upang makabuo ng graphene sa bahay? Ito ay lumiliko out, oo! Ikaw lamang ang kailangan upang gumawa ng isang kusina blender kapasidad ng hindi bababa sa 400 W, at sundin ang mga pamamaraan na binuo sa pamamagitan ng ang Irish physicists.

Paano nakarating makabuo ng graphene sa bahay? Para sa layuning ito ang blender tasa ay poured sa 500 ML ng tubig sa pamamagitan ng pagdaragdag 10-25 ml ng anumang likidong sabong panglaba at 20-50 gramo ng durog slate. Ang karagdagang ang aparato ay dapat na tumakbo mula sa 10 minuto sa kalahati ng isang oras, hanggang sa ang hitsura ng isang slurry ng graphene flakes. Ang resultang materyal ay may isang mataas na kondaktibiti na papayagan ang paggamit nito sa mga electrodes ng solar cells. Graphene ay maaari ring mapabuti ang mga katangian ng plastic na gawa sa domestic kapaligiran.

oxide nanomaterial

Ang mga siyentipiko ay aktibong pananaliksik at graphene istraktura tulad na loob o sa gilid ng carbon mesh ay naka-attach o oxygen-naglalaman ng functional group (s) ng Molekyul. Ito solid Nano-oxide ng kung saan ay ang unang dalawang-dimensional na mga larawan, na kung saan ay umabot na sa yugto ng komersyal na produksyon. Mula sa nano-at microparticles ng istrakturang ito siyentipiko Sentimetro samples nagawa.

Kaya, ang graphene oxide sa kumbinasyon sa carbon diofilizirovannym ay kamakailan-lamang na nakuha sa pamamagitan Intsik siyentipiko. Ito ay isang napaka-magaan na materyal centimeter kubo na kung saan ay gaganapin sa Petals ng isang maliit na bulaklak. Ngunit ang bagong sangkap, na kung saan ang graphene oxide ay isa sa mga pinaka-solid sa buong mundo.

biomedical aplikasyon

Graphene oksido ay may natatanging pag-aari ng selectivity. Ito ay magpapahintulot sa mga sangkap upang makahanap ng isang biomedical aplikasyon. Kaya, salamat sa ang gawain ng mga siyentipiko ay posible na gumamit ng graphene oxide para sa diagnosis ng kanser. Alamin ang kanser sa isang maagang yugto ng pag-unlad nito payagan natatanging optical at electrical properties ng nanomaterial.

Gayundin graphene oxide nagbibigay-daan sa mga naka-target na paghahatid ng mga droga at mga diagnostic. Sa batayan ng materyal na ito ay sorption biosensors, na tumuturo sa ang DNA Molekyul.

pang-industriya mga aplikasyon

Various sorbents batay sa graphene oxide maaaring ilapat sa mga nahawaang dezaktsivatsii likas at ginawa ng tao bagay. Ang isang hiwa ng mga aktibong nanomaterial maaaring iproseso ang tubig bukal at ibabaw ng tubig, lupa at pag-clear ang mga ito mula sa radionuclide.

Mga Filter mula sa graphene oxide ay maaaring magbigay ng superchistotoy nasasakupan, na kung saan produces electronic components para sa mga espesyal na mga application. Ang natatanging katangian ng materyal na ito ay tumagos sa fine kemikal globo teknolohiya. Sa partikular, ito ay maaaring maging pagkuha ng mga radioactive na nakakalat at bihirang mga riles. Kaya, ang paggamit ng mga graphene oxide ay nagbibigay-daan upang i-extract ginto mula sa mababang uri ores.