Grafen a jej aplikácie. Objav grafenu. Nanotechnológia v modernom svete

Relatívne nedávno vo vede a technike je nová oblasť, volal nanotechnológie. Vyhliadky na tejto disciplíny nie je len obrovská. Sú ambiciózne. Častice, označované ako "nano" je hodnota rovná jednej milióntine časť akéhokoľvek hodnoty. Tieto rozmery možno porovnávať s veľkosťou atómov a molekúl. Napríklad nanometrov sa nazýva jedna miliardtina metra.

Hlavné smer nové oblasti vedy

Nanotechnológie nazýva tie, ktoré manipulovať záležitosť na úrovni molekúl a atómov. Preto je táto oblasť vedy je tiež nazývaný molekulárnej technológie. Čo bolo impulzom k jeho rozvoju? Nanotechnológia v modernom svete sa objavili vďaka prednáškam Richarda Feynmana. V ňom vedci preukázala, že neexistujú žiadne prekážky pre vytváranie vecí priamo z atómov.

Prostriedky pre efektívnu manipuláciu drobných častíc nazývaných assembler. Táto molekulárnej nanomachine, ktorý môže byť použitý na vytvorenie akúkoľvek štruktúru. Napríklad, assembler možno nazvať prírodné ribozóm syntézy proteínu v živých organizmoch.

Nanotechnológia v modernom svete nie sú len jediná oblasť kvalifikácia. Tie predstavujú široký rozsah výskumu priamo súvisia s mnohými základných vied. Medzi nimi sú fyzika, chémia a biológia. Podľa vedcov sa tieto vedy majú najsilnejší impulz k rozvoju na pozadí nadchádzajúce nanotechnológie revolúcie.

oblasť použitia

Zoznam všetkých sfér ľudskej činnosti, kde nanotechnológie sa dnes používa, je nemožné vzhľadom na veľmi pôsobivý zoznam. Takže, s pomocou tejto oblasti vedy sú vyrábané:

- prístroje na záznam superhusté všetky informácie;
- rôzne vybavenie;
- senzory, solárne články, polovodičové tranzistory;
- informačné, výpočtové a informačné technológie;
- nanoimprint a nanolitografie;
- zariadenie na skladovanie energie, a palivové články;
- Obrana, priestor a letecké aplikácie;
- bioinstrumentary.

Na tejto vedeckej oblasti nanotechnológií v Rusku, USA, Japonska a niekoľkých európskych krajinách s viac finančných prostriedkov je pridelené každý rok. To je vzhľadom k obrovskej vyhliadky na rozvoj tejto oblasti výskumu.

Nanotechnológia je vývoj v Rusku podľa federálneho cieľového programu, ktorý poskytuje nielen veľké finančné náklady, ale tiež nesie veľké množstvo konštrukčných a výskumných prác. Pre dosiahnutie cieľov chystáte zjednotiť úsilie rôznych vedeckých a technologických systémov na úrovni národných a nadnárodných korporácií.

nový materiál

Nanotechnológie umožnili vedcom vyrábať uhlíkové dosky tvrdší ako diamant, ktorého hrúbka je len jeden atóm. Skladá sa z grafenu. To je najtenší a najsilnejší materiál vo vesmíre, ktorý prenáša elektrickej energie oveľa lepšie ako kremík počítačových čipov.

Objav grafénu je skutočná revolučné udalosti, ktoré umožnia veľké zmeny v našich životoch. Tento materiál je tak jedinečné fyzikálne vlastnosti, ktoré zásadne menia ľudskú prirodzenosť vecí a látok.

História objavu

Grafenu je dvojrozmerný kryštál. Jeho štruktúra je šesťuholníkový mriežka sa skladá z atómov uhlíka. Teoretické štúdie grafenu začalo dávno pred získaním jeho skutočné návrhy, pretože tento materiál je základom pre konštrukciu trojrozmerného grafitu kryštál.

Aj v roku 1947 G. P. Volles má niektoré vlastnosti grafénu, čo dokazuje, že jeho štruktúra je podobná kovy a niektoré vlastnosti podobné tým z ultra-relativistické častíc, neutrín a nehmotných fotónov. Avšak, nový materiál existujú niektoré významné rozdiely, ktoré robia to jedinečný v jeho povahe. Ale potvrdenie týchto nálezov bolo dosiahnuté iba v roku 2004, kedy Konstantin Novoselov a Andrej Geim bol najprv získaný uhlíka vo voľnom stave. Táto nová látka sa nazýva grafén, a bol hlavný objav vedcov. Tieto prostriedky môže byť ceruzkou. Jeho grafitová tyč sa skladá z niekoľkých vrstiev grafenu. Ako sa ceruzka zanecháva stopu na papieri? Faktom je, že aj napriek silu zo základných vrstiev, je veľmi slabým článkom medzi nimi. Sú veľmi ľahko spadnúť do kontaktu s papierom, zanechania stôp v písomnej forme.

Použitie nového materiálu

Podľa vedcov sú senzory, ktoré sú založené na grafenu, bude schopný analyzovať silu a stav lietadla, rovnako ako predpovedať zemetrasenie. Ale iba v prípade, že materiál s týmito vlastnosťami zostane stáť ohromujúci laboratória stenové jasné praktická aplikácia bude vyvíjať v smere látky. V súčasnej deň, chemici, fyzici a elektrotechnici sú už záujem o jedinečných možností grafenu. Potom, čo len niekoľko gramov tejto látky môžu byť pokryté územie rovnajúcu sa futbalového ihriska.

Grafen a jej aplikácie potenciálne považované za výrobu ľahkých družíc a lietadiel. V tejto oblasti sa nový materiál môže nahradiť uhlíkových vlákien v kompozitných materiáloch. Nanomateriály sa môže použiť namiesto kremíka tranzistorov a jeho realizácia v plaste dať elektrickú vodivosť.

Grafenu a jeho použitia sú považované vo výrobe záležitosti snímača. Tieto zariadenia sú vytvorené na základe najnovšieho materiálu bude schopný detekovať najnebezpečnejší molekuly. Ale použitie nano práškov vo výrobe elektrických batérií v dobe, k zvýšeniu ich účinnosti.

Grafenu a jeho použitia sú popísané v optoelektronice. Z nového materiálu, ktorý bude dopadať veľmi ľahký a odolný plast, z ktorého nádoby umožní po dobu niekoľkých týždňov, aby sa jedlo svieža.

Použitie grafenu a očakáva sa, že vyrobiť transparentné vodivý povlak požadované pre monitory, solárne panely a pevnejšie a odolnejšie proti mechanickým účinkom veterných turbín.

Založené nanomateriály bude mať lepšie športového vybavenia, lekárskych implantátov a superkondenzátor.

Tiež grafén a jej aplikácie vzťahujúce sa k:

- elektronické zariadenia vysokofrekvenčné high-power;
- umelé membrány oddeľujúcej dve kvapaliny v nádrži;
- zlepšenie vlastností vodivosti z rôznych materiálov;
- vytvorenie zobrazenie na organické svetlo emitujúce diódy;
- zrýchlený vývoj nových techník sekvenovania DNA;
- zlepšenie displeja z tekutých kryštálov;
- balistické tranzistory.

Použitie v automobilovom priemysle

Podľa výskumníkov, špecifické energie blíži grafenu 65 kWh / kg. Tento údaj je 47 krát vyššia ako tie, ktoré sú tak časté v dnešnej dobe lítium-iónové batérie. Táto skutočnosť, vedci používajú na vytvorenie novej generácie nabíjačiek.

Grafenu polymérová batéria - prístroj, pomocou ktorého je maximálny elektrický výkon účinne zachovaná. V súčasnej dobe sa práce na ňom vykonáva výskumníkov v mnohých krajinách. Významný pokrok dosiahnutý španielskych vedcov v tejto oblasti. Grafen-polymérová batéria, oni vytvorili má spotrebu energie stokrát väčší, než podobný údaj za existujúce batérie. Používajú ju vybaviť elektromobilov. Stroj, ktorý je inštalovaný grafenu batérie, môžu cestovať bez zastavenia tisíce kilometrov. Dobíjať zdroj elektrickej energie, kedy sa únava potrebovať viac ako 8 minút.

dotykové

Vedci aj naďalej skúmať grafénu, vytvárať nové a jedinečné veci. To znamená, že uhlíkový nanomateriál našiel svoje uplatnenie vo výrobe, ktorá produkuje dotykových obrazoviek s širokouhlú obrazovku. Termín sa môže objaviť a flexibilné zariadenia tohto typu.

Vedci dostal grafenu list je obdĺžnikového tvaru a obrátil ju do priehľadnej elektródy. Tiež sa podieľal na prácu dotykovej obrazovky, čo výrazne znižuje odolnosť, transparentnosť, flexibilitu, šetrnosť k životnému prostrediu a nízke náklady.

získavanie grafén

Od roku 2004, kedy bol otvorený najnovšie nanomateriály, vedci zvládli niekoľko spôsobov jeho prípravy. Avšak, sú považované za najzákladnejšie z týchto spôsobov:

- mechanické exfoliácia;
- na epitaxiálny rast vo vákuu;
- chladenie perofaznogo chemické (CVD-postup).

Prvý z týchto troch metód je najjednoduchšie. Výroba grafénu s mechanickým exfoliácia je špeciálna aplikácia grafitu na adhézny povrch lepiacej pásky. Po tomto základe, ako list papiera, začnú ohýbať a narovnať, oddeľovanie požadovaného materiálu. Pri uplatňovaní tejto metódy grafenu získať najvyššiu kvalitu. Avšak, tieto akcie nie sú vhodné pre hromadnú výrobu nanomateriálov.

Pri použití spôsobu podľa epitaxiálny rast tenkých kremíkových plátkov sa používajú, povrchovú vrstvu, ktorá je karbid kremíka. Ďalej, tento materiál sa zahrieva na veľmi vysokú teplotu (1000 K). V dôsledku chemických reakcií, sa oddelí od kremíkových atómov atómov uhlíka, z ktorých prvý vyparovať. Ako výsledok, záznam zostane čistá grafenu. Nevýhodou tohto spôsobu je nutnosť použitia veľmi vysokých teplôt, ktoré sa môžu objaviť v priebehu spaľovania atómov uhlíka.

Najspoľahlivejšie a jednoduchá metóda pre hromadnú výrobu grafénu, CVD-procesu. To je spôsob, v ktorom chemická reakcia medzi katalyzátorom a uhľovodíkové plyny pokovovanými.

Ktorý produkuje grafenu?

K dnešnému dňu je najväčšia spoločnosť, produkuje nový nanomateriál sa nachádza v Číne. Meno výrobcu - Ningbo Morsh Technology. Výroba grafén začali v roku 2012.

Hlavným odberateľom nanomateriálu je spoločnosť Chongqing Morsh Technology. Grafenu použiť na výrobu vodivých transparentných filmov, ktoré sa vkladajú do dotykovej obrazovky.

Relatívne nedávno, dobre známa spoločnosť Nokia vydala patent na obrazovom snímači. Ako súčasť tohto toľko potrebných niekoľko vrstiev grafénu optický prístroj prvku. Takýto materiál použitý pre snímače kamier značne zvyšuje ich citlivosť (až 1000 krát). Zároveň poznamenal zníženie spotreby elektrickej energie. Dobrý fotoaparát pre smartphone bude tiež obsahovať grafenu.

Príprava domácom prostredí,

Je možné vyrobiť grafén doma? Ukázalo sa, že áno! Len je potrebné vziať kuchynský mixér kapacitu nie menej ako 400 W a dodržiavať metódu vyvinutú írskymi fyzikov.

Ako ste produkujú grafenu doma? Za týmto účelom sa mixér pohár sa naleje 500 ml vody, pridaním 10-25 ml akéhokoľvek kvapalného detergentu a 20-50 gramov drveného bridlice. Ďalej zariadenia by mal byť spustený od 10 minút až pol hodiny, až do objavenia sa suspenzie grafenu vločiek. Výsledný materiál bude mať vysokú vodivosť, ktorá by umožnila jeho použitie v elektródach solárnych článkov. Grafenu tiež môže zlepšiť vlastnosti plastu vyrobeného v domácom prostredí.

nanomateriál oxid

Vedci aktívne výskum a grafenu štruktúry tak, že vo vnútri alebo na okrajoch uhlíkové pletiva je pripojený, alebo kyslík obsahujúce funkčné skupiny (y) molekuly. Táto pevná látka Nano-oxid, ktorý je prvý obrázky dvojrozmerné, ktorá dosiahla štádia komerčné produkciu. Od nano- a mikročastice tejto štruktúry vedci centimetrové vzorky vyrobené.

To znamená, že oxid grafénu v kombinácii s oxidom diofilizirovannym bol nedávno získaný čínskych vedcov. Jedná sa o veľmi ľahký materiál centimeter kocka, ktorá sa koná na okvetné lístky malé kvety. Ale táto nová látka, v ktorom oxid grafénu je jedným z najviac pevnej látky vo svete.

biomedicínske aplikácie

oxid grafenu má jedinečnú vlastnosť selektivity. To umožní substancie nájsť biomedicínske aplikácie. Takže, vďaka práci vedcov bolo možné použiť oxid grafénu pre diagnostiku rakoviny. Detekcia rakoviny v ranej fáze vývoja umožňuje jedinečné optické a elektrické vlastnosti nanomateriálu.

Tiež oxid grafenu umožňujú cielenú distribúciu liečiv a diagnostiky. Na základe tohto materiálu sú sorpčné biosenzory, smerujúce k molekule DNA.

priemyselné aplikácie

Rôzne sorbenty na báze oxidu grafénu môžu byť aplikované na infikovaných dezaktsivatsii prírodných a umelých objektov. Rez aktívneho nanomateriálu môže spracovávať podzemných a povrchových vôd, pôdy a zúčtovanie je z rádionuklidu.

Filtre z oxidu grafenu môže poskytnúť superchistotoy priestor, ktorý vytvára elektronické súčiastky pre špeciálne aplikácie. Jedinečné vlastnosti tohto materiálu bude prenikať do čistej chemickej činidlo guľa technológie. Konkrétne toto môže byť extrakcia rádioaktívnych rozptýlených a vzácnych kovov. To znamená, že použitie oxidu grafenu umožňuje získať zlato z chudobných rúd.