Graphene og dens anvendelse. Oppdagelsen av graphene. Nanoteknologi i den moderne verden

Relativt nylig naturvitenskap og teknologi er et nytt område, kalt nanoteknologi. Utsiktene for denne disiplinen er ikke bare enorme. De er ambisiøse. Partikkel, referert til som "nano" er en verdi som tilsvarer en milliarddel av en brøkdel av en hvilken som helst verdi. Disse størrelsene kan bare sammenlignes med størrelsen av atomer og molekyler. For eksempel er en nanometer kalles en milliarddels meter.

De viktigste retning av det nye innen vitenskap

Nano- kalles de som manipulerer saken på nivået av molekyler og atomer. Derfor er dette området av vitenskap også kalt molekylær teknologi. Hva var drivkraften for sin utvikling? Nanoteknologi i den moderne verden har dukket opp takket være forelesningene Richarda Feynmana. I det forskeren har vist at det ikke er noen hindringer for etablering av ting direkte fra atomene.

Midler for effektiv manipulering av ørsmå partikler kalt assembler. Denne molekyl nanomachine, som kan brukes til å bygge opp en hvilken som helst struktur. For eksempel kan assembler kalles naturlig ribosom syntetisere et protein i levende organismer.

Nanoteknologi i den moderne verden er ikke bare en enkelt område av ekspertise. De representerer et bredt omfang av forskning direkte knyttet til mange grunnleggende vitenskaper. Blant dem er fysikk, kjemi og biologi. Ifølge forskere, vil disse vitenskapene har den mest kraftfulle impulser til utviklingen mot et bakteppe av den kommende nanoteknologi revolusjon.

anvendelsesområde

List alle sfærer av menneskelig aktivitet, hvor nanoteknologi brukes i dag, er det umulig på grunn av den svært imponerende liste. Så, med hjelp av dette feltet av vitenskap blir produsert:

- enheter for opptak superdense noen informasjon;
- diverse utstyr;
- sensorer, solceller, halvleder-transistorer;
- informasjon, data og informasjon teknologi;
- nanoimprint og nanolithography;
- enheter for lagring av energi, og brenselceller;
- forsvar, plass og luftfart programmer;
- bioinstrumentary.

På denne vitenskapelige felt av nanoteknologi i Russland, USA, Japan og flere europeiske land med mer midler fordeles hvert år. Dette er på grunn av de enorme mulighetene for utvikling av dette området av forskningen.

Nanoteknologi utvikler seg i Russland ifølge Federal target programmet, som ikke bare gir store økonomiske kostnader, men også bærer en stor mengde av design og forskning fungerer. For å nå målene skal forene innsatsen til ulike vitenskapelige og teknologiske systemer på nivå med nasjonale og multinasjonale selskaper.

nytt materiale

Nanoteknologi har gjort det mulig for forskere å fremstille en karbonplate hardere enn diamant, hvis tykkelse bare er ett atom. Den består av graphene. Det er den tynneste og sterkeste materialet i universet, som overfører elektrisitet mye bedre enn silisium databrikker.

Oppdagelsen av graphene er en virkelig revolusjonerende hendelse, som vil tillate mye endring i våre liv. Dette materialet er så enestående fysikalske egenskaper som fundamentalt endrer den menneskelige sakens natur og stoffer.

History of oppdagelse

Graphene er en to-dimensjonal krystall. Dens struktur er en sekskantet gitter som består av karbonatomer. Teoretiske studier av graphene startet lenge før de får sin virkelige design, siden dette materialet er grunnlaget for å konstruere en tredimensjonal grafitt krystall.

Selv i 1947 G. P. volles han har noen av egenskapene til graphene, noe som beviser at dens struktur er tilsvarende metaller, og noen egenskaper som ligner på de som er av den ultra-relativistiske partikler, neutrinos og masseløse fotoner. Men det nye materialet er det visse vesentlige forskjeller som gjør den unik i sin natur. Men bekreftelse av disse funnene ble oppnådd bare i 2004, da Konstantin Novoselov og Andrey GEIM først ble innhentet av karbon i fri tilstand. Denne nye stoffet kalles graphene, og var en stor oppdagelse forskere. Finne denne artikkelen kan være i blyant. Dens grafittstav består av flere lag av graphene. Hvordan en blyant etterlater et merke på papiret? Faktum er at, til tross for styrken av de viktigste komponentene i lagene, det er en meget svak kobling mellom dem. De er veldig lett å falle i kontakt med papiret, og etterlater en sti skriftlig.

Ved hjelp av det nye materialet

Ifølge forskere, sensorene som er basert på graphene, være i stand til å analysere styrke og tilstanden av flyet, så vel som til å forutsi jordskjelv. Men bare når materiale med slike egenskaper vil forlate praktvegg laboratorier blitt klart praktisk anvendelse vil utvikle seg i retning av stoffet. På det nåværende dagen, kjemikere, fysikere og elektriske ingeniører er allerede interessert i de unike egenskapene til graphene. Etter bare noen få gram av stoffet kan dekkes territorium, lik en fotballbane.

Graphene og dens anvendelse potensielt vurderes i å produsere lette satellitter og fly. I dette området kan det nye materialet erstatter de karbonfibre i komposittmaterialer. Nanomaterialer kan brukes i stedet for silisiumtransistorer og dens implementering i plast gir det elektrisk ledningsevne.

Graphene og dens bruk blir vurdert i forhold sensor fremstilling. Disse enhetene er dannet på grunnlag av den nyeste materialet vil være i stand til å oppdage den farligste molekylet. Men bruken av Nano-pulver i produksjonen av elektriske batterier til tider for å øke effektiviteten.

Graphene og dens anvendelse er omtalt i optoelektronikk. Av det nye materialet vil slå ut veldig lett og slitesterk plast som beholderne vil gi rom for et par uker for å holde maten frisk.

Bruken av graphene og forventes å fremstille en gjennomsiktig ledende belegg som kreves for skjermer, solcellepaneler og en sterkere og mer motstandsdyktig mot mekaniske påvirkninger på vindturbiner.

Basert nanomaterial vil ha en bedre sportsutstyr, medisinske implantater og superkondensatorer.

Også graphene og dens anvendelse som er relevant for:

- høyfrekvente høy effekt elektroniske enheter;
- kunstig membran som skiller to væsken i tanken;
- forbedring av ledningsegenskaper av forskjellige materialer;
- å skape en skjerm på organisk lysemitterende diode;
- akselerert utvikling av nye metoder for DNA-sekvensering;
- forbedring av flytende krystall skjermer;
- ballistiske transistorer.

Bruken i bilindustrien

Ifølge forskere, den spesifikke energien nærmer seg graphene 65 kWh / kg. Dette tallet er 47 ganger høyere enn den som er så vanlig i dag litiumbatterier. Dette faktum har forskere brukt til å skape en ny generasjon batteriladere.

Graphene polymer batteri - den anordning ved hjelp av hvilken den maksimale strøm effektivt beholdt. Foreløpig er arbeidet med det utført av forskere i mange land. Betydelig fremgang oppnådd spanske forskere i denne saken. Graphene-polymer batteri, opprettes de har energiforbruk, på flere hundre ganger større enn tilsvarende tall for de eksisterende batterier. De bruker den til å utstyre elbiler. Maskinen, som er installert graphene batteri, kan reise uten å stoppe tusenvis av kilometer. Slik lader du opp elektrisk energikilde når utmattelse trenger ikke mer enn 8 minutter.

berøringsskjermer

Forskere fortsette å utforske graphene, skape en ny og enestående ting. Dermed har karbon nanomateriale funnet sin anvendelse i produksjon som produserer berøringsskjermer med bred skjerm. Begrepet kan vises og fleksibel anordning av denne type.

Forskere har en graphene ark har rektangulær form og gjort den til en gjennomsiktig elektrode. Han har også deltatt i arbeidet med berøringsskjerm, noe som reduserer holdbarheten, åpenhet, fleksibilitet, miljøvennlighet og lave kostnader.

å skaffe graphene

Siden 2004, da den ble åpnet nyeste nanomaterialer, har forskere mestret en rekke metoder for sine forberedelser. Men det mest grunnleggende av disse måtene er vurdert:

- mekanisk peeling;
- epitaksial vekst i vakuum;
- kjøling perofaznogo kjemisk (CVD-prosess).

Den første av disse tre fremgangsmåter er den mest enkle. graphene produksjon med mekanisk peeling er en spesiell anvendelse av grafitt på den klebende overflaten av klebebånd. Etter dette fundament, slik som et papirark, begynner å bøye og unbend, separering av det ønskede materialet. Når denne metoden brukes graphene oppnå den høyeste kvalitet. Men slike handlinger er ikke egnet for masseproduksjon av nanomaterialer.

Ved anvendelse av fremgangsmåten i epitaksial vekst av tynne silisiumskiver blir brukt, det overflatesjikt som er silisiumkarbid. Videre er dette materialet oppvarmet til en meget høy temperatur (1000 K). Som et resultat av kjemiske reaksjoner som er adskilt fra silisium-atomene i karbonatomer, hvorav den første fordamper. Som et resultat av den posten forblir ren graphene. Ulempen ved denne metode er nødvendigheten av å bruke meget høye temperaturer, noe som kan oppstå under forbrenning av karbonatomer.

Den mest pålitelige og enkle metoden som brukes for masseproduksjon av graphene, en CVD-prosess. Det er en fremgangsmåte i hvilken den kjemiske reaksjon mellom de metallbelagte katalysator og hydrokarbongasser.

Som produserer graphene?

Til dags dato, det største selskapet, produserer en ny nanomateriale som ligger i Kina. Navnet på produsenten - Ningbo Morsh Technology. graphene produksjon de startet i 2012.

Den viktigste forbruker av nanomaterialer er et selskap Chongqing Morsh Technology. Graphene bruke den for fremstilling av ledende gjennomsiktige filmer, som er satt inn i berøringsskjerm.

Relativt nylig, har en velkjent selskap Nokia utstedt et patent på bildesensoren. Som en del av denne sårt tiltrengt er et par lag med graphene optisk instrument element. Et slikt materiale som brukes i sensorene kameraer i stor grad øker deres følsomhet (opp til 1000 ganger). På samme tid observeres reduksjon i strømforbruket. Bra kamera for smarttelefonen vil også inneholde graphene.

Utarbeidelse av et hjemmemiljø,

Er det mulig å produsere graphene hjemme? Det viser seg, ja! Du trenger bare å ta et kjøkken blender kapasitet på ikke mindre enn 400 W, og følg metode utviklet av den irske fysikere.

Hvordan fikk produsere graphene hjemme? For dette formål kan blandekoppen ble helt over i 500 ml vann ved tilsetning av 10-25 ml av en hvilken som helst flytende vaskemiddel og 20-50 gram knust skifer. Videre anordningen skal kjøres fra 10 minutter til en halv time, inntil fremkomsten av en slurry av graphene flak. Det resulterende materialet vil ha en høy ledningsevne, som ville tillate bruk av materialet i elektrodene i solceller. Graphene kan også forbedre egenskapene til plast produsert i den hjemlige omgivelser.

oksid nanomaterialer

Forskere aktivt forsknings og graphene struktur slik at det inne eller på kantene av karbonnetting er festet eller oksygenholdige funksjonelle grupper (e) av molekylet. Dette faste stoff Nano-oksyd av disse er de første to-dimensjonale bilder, som har nådd det stadium av kommersiell produksjon. Fra nano- og mikropartikler av denne strukturen forskere centimeters prøver fremstilt.

Dermed blir graphene oksyd i kombinasjon med karbon diofilizirovannym ble nylig oppnådd ved kinesiske forskere. Dette er et veldig lett materiale centimeter kube som holdes på kronbladene av en liten blomst. Men denne nye stoffet, der graphene oksid er en av de mest solide i verden.

biomedisinske applikasjoner

Graphene oksidet har en unik egenskap av selektivitet. Dette vil gi substans til å finne et biomedisinsk anvendelse. Så, takket være arbeidet til forskerne var mulig å bruke graphene oksid for diagnostisering av kreft. Oppdage kreft i et tidlig stadium av dens utvikling tillate unike optiske og elektriske egenskaper av nanomateriale.

Også graphene oksyd tillater målrettet avgivelse av legemidler og diagnostikk. På grunnlag av dette materialet er sorpsjons biosensorer, og peker på DNA-molekylet.

industrielle applikasjoner

Forskjellige absorbenter basert på den graphene oksydet kan påføres på de infiserte dezaktsivatsii naturlige og menneskeskapte gjenstander. Et snitt av aktiv nanomateriale kan behandle grunnvann og overflatevann, jord og fjerne dem fra radionukliden.

Filtre fra graphene oksid kan gi superchistotoy lokaler, som produserer elektroniske komponenter for spesielle applikasjoner. De unike egenskapene til dette materialet vil trenge inn i fine kjemisk sfære teknologi. Spesielt kan dette være ekstraksjon av radioaktivt spredte og sjeldne metaller. Anvendelsen av graphene oksyd gjør det mulig for utvinning av gull fra lav grad av malmer.