Grafenul și aplicarea acesteia. Descoperirea grafena. Nanotehnologia în lumea modernă

Relativ recent, în știință și tehnologie este un domeniu nou, numit nanotehnologie. Perspectivele pentru această disciplină nu este doar mare. Acestea sunt ambițioase. Particula, denumite „nano“ este o valoare egala cu o miliardime dintr-o fracțiune de orice valoare. Aceste dimensiuni pot fi comparate numai cu dimensiunea atomilor și moleculelor. De exemplu, un nanometru este numit de o miliardime dintr-un metru.

Direcția principală a noului domeniu al științei

Nanotehnologia numit pe cei care manipulează materia la nivelul moleculelor și atomilor. Prin urmare, acest domeniu al științei este, de asemenea, numita tehnologie moleculara. Care a fost un impuls pentru dezvoltarea sa? Nanotehnologia în lumea modernă au apărut grație prelegerile Richarda Feynmana. În ea omul de știință a demonstrat că nu există nici un obstacol în crearea de lucruri direct de atomi.

Preparate pentru manipularea eficientă a particulelor mici numite de asamblare. Acest nanomachine molecular, care poate fi folosit pentru a construi orice structură. De exemplu, de asamblare poate fi numit ribozomului naturale sintetizarea unei proteine in organisme vii.

Nanotehnologia în lumea modernă nu sunt doar o singură zonă de expertiză. Ele reprezintă un domeniu de aplicare larg de cercetare legate direct de mai multe științe fundamentale. Printre acestea sunt fizica, chimie si biologie. Potrivit oamenilor de știință, aceste științe vor avea cel mai puternic impuls dezvoltării în contextul revoluției Nanotech vine.

sfera de aplicare

Lista toate sferele de activitate umană, în cazul în care nanotehnologia este utilizat în prezent, este imposibil din cauza listei foarte impresionant. Deci, cu ajutorul acestui domeniu al științei sunt produse:

- dispozitive de înregistrare superdens orice informație;
- echipamente diverse;
- senzori, celule solare, tranzistori cu semiconductoare;
- informații, de calcul și tehnologia informației;
- nanoimprint și nanolitografie;
- dispozitive de stocare a energiei și pile de combustie;
- aplicații de apărare, spațiu și aviație;
- bioinstrumentary.

Pe acest domeniu științific al nanotehnologiei în Rusia, Statele Unite ale Americii, Japonia și mai multe țări europene cu mai multe fonduri se alocă în fiecare an. Acest lucru se datorează vaste perspective de dezvoltare a acestui domeniu de cercetare.

Nanotehnologia este în curs de dezvoltare în Rusia, în conformitate cu programul țintă federal, care nu numai că oferă mari costuri financiare, dar, de asemenea, care transportă o cantitate mare de lucrări de proiectare și de cercetare. Pentru a atinge obiectivele de gând să se unească eforturile diferitelor sisteme științifice și tehnologice la nivelul corporațiilor naționale și multinaționale.

un material nou

Nanotehnologia au permis cercetătorilor să producă o placă de carbon mai greu decât diamant a cărui grosime este doar un singur atom. Se compune din grafen. Acesta este cel mai subtire si mai puternic material din univers, care transmite energie electrică mult mai bine decât chips-uri de calculator de siliciu.

Descoperirea grafen este un eveniment revoluționar real, ceea ce va permite o mare schimbare în viața noastră. Acest material este atât de proprietăți fizice unice care schimbă fundamental natura umană a lucrurilor și a substanțelor.

Istoria descoperirii

Grafenul este un cristal bidimensional. Structura sa este o rețea hexagonală care constă din atomi de carbon. Studii teoretice graphene a început cu mult înainte de a ajunge desenele sale reale, deoarece acest material este baza pentru construirea unui cristal de grafit tri-dimensională.

Chiar și în 1947, G. P. Volles el are unele proprietăți ale grafene, dovedind că structura sa este metale similare și unele caracteristici similare cu cele ale particulelor ultra-relativiste, neutrini si fotoni lipsite de masă. Cu toate acestea, noul material există anumite diferențe semnificative, care îl fac unic în natura sa. Dar confirmarea acestor constatări a fost obținută abia în 2004, când Konstantin Novoselov și Andrey Geim a fost mai întâi obținut prin carbonul în stare liberă. Această nouă substanță este numit grafen, și a fost un important descoperire oameni de știință. Găsiți acest articol poate fi în creion. ecestuia de grafit este alcătuit din mai multe straturi de grafen. Cum un creion lasă un semn pe hârtie? Faptul este că, în ciuda rezistenței componentelor de bază ale straturilor, există o legătură foarte slabă între ele. Ele sunt foarte ușor să cadă în contact cu hârtia, lăsând o urmă în scris.

Folosind noul material

Conform oamenilor de știință, senzorii care sunt bazate pe grafen, să fie în măsură să analizeze rezistența și starea aeronavei, precum și pentru a prezice cutremurele. Dar numai atunci când materialul cu astfel de proprietăți vor lăsa laboratoare de perete uimitoare devin clare aplicarea practică se va dezvolta în direcția substanței. În prezent zi, chimiști, fizicieni și ingineri electrice sunt deja interesați de capacitățile unice ale grafen. După doar câteva grame de substanță poate fi acoperit teritoriu, egală cu un teren de fotbal.

Grafenul și aplicarea acesteia potențial luate în considerare în producerea de sateliți și avioane ușoare. În acest domeniu, noul material poate înlocui fibrele de carbon din materiale compozite. Nanomaterialele pot fi utilizate în loc de tranzistori de siliciu și punerea sa în aplicare în plastic dau conductivitate electrică.

Grafenul și utilizarea acestuia sunt luate în considerare în procesul de fabricație senzor de materie. Aceste dispozitive sunt formate pe baza celor mai recente materiale va fi capabil de a detecta molecula cea mai periculoasă. Dar utilizarea nano-pulberi în producția de baterii electrice, uneori pentru a crește eficacitatea lor.

Grafenul și aplicarea acesteia sunt discutate în optoelectronică. Din noul material se va transforma din material plastic foarte ușor și durabil din care containerele va permite timp de câteva săptămâni pentru a păstra alimente proaspete.

Utilizarea grafen și este de așteptat să producă un strat transparent conductor necesar pentru monitoare, panouri solare și o mai puternică și mai rezistente la efectele mecanice ale turbinelor eoliene.

nanomaterial Bazat va avea un echipament sportiv mai bun, implanturi medicale și supercapacitorilor.

De asemenea, grafen și aplicarea acesteia relevante pentru:

- dispozitive electronice de înaltă frecvență de mare putere;
- membrane artificiale care separă două lichide în rezervor;
- îmbunătățirea proprietăților de conductivitate a diverselor materiale;
- crearea unui afișaj pe lumina organică diodă emițătoare;
- dezvoltarea de noi tehnici de secventiere ADN-ului accelerat;
- îmbunătățirea ecrane cu cristale lichide;
- tranzistori balistice.

Utilizarea în industria de automobile

Potrivit cercetătorilor, energia specifică se apropie de grafen 65 kWh / kg. Această cifră este de 47 de ori mai mare decât cea care sunt atât de comune în zilele noastre bateriile litiu-ion. Acest fapt, oamenii de știință au folosit pentru a crea o nouă generație de încărcătoare de baterii.

Grafenul polimer baterie - dispozitivul prin intermediul căruia energia electrică maximă reținută în mod eficient. În prezent, activitatea pe ea este realizată de către cercetători în multe țări. Progresul semnificativ realizat oamenii de știință spanioli în această chestiune. baterie grafen-polimer, au creat are un consum de energie, de sute de ori mai mare decât o cifră similară pentru bateriile existente. O folosesc pentru a dota vehiculele electrice. Mașina, care este instalat baterie grafen, pot călători fără oprire mii de kilometri. Pentru a reîncărca sursa de energie electrică atunci când epuizarea va avea nevoie de mai mult de 8 minute.

touchscreens

Oamenii de știință continuă să exploreze grafen, creând o nouă și de neegalat lucruri. Astfel, nanomaterialului de carbon și-a găsit aplicarea în producție, care produce ecrane tactile cu ecran lat. Termenul poate apărea și un dispozitiv flexibil de acest tip.

Oamenii de știință a primit o foaie de grafen are o formă dreptunghiulară și transformat într-un electrod transparent. De asemenea, el a participat la lucrările ecranului tactil, reducând foarte mult durabilitatea, transparența, flexibilitatea, protecția mediului și costuri reduse.

obținerea de grafen

Din 2004, când a fost deschis cel mai nou nanomateriale, oamenii de știință au însușit o serie de metode de preparare a acestuia. Cu toate acestea, cel mai de bază ale acestor metode sunt luate în considerare:

- exfolierii mecanice;
- creșterea epitaxială în vid;
- răcirea perofaznogo chimică (CVD-proces).

Primul dintre aceste trei metode este cel mai simplu. producție graphene cu exfolierea mecanică este o aplicație specială de grafit pe suprafața adezivă a benzii adezive. După această fundație, ca o foaie de hârtie, începe să se îndoaie și dezdoi, separarea materialului dorit. La aplicarea acestei metode grafen obține cea mai bună calitate. Cu toate acestea, astfel de acțiuni nu sunt adecvate pentru producția de masă a nanomaterialelor.

La utilizarea metodei de creștere epitaxială plachete de siliciu subtiri sunt utilizate, stratul de suprafață care este carbura de siliciu. Mai mult, acest material este încălzit la o temperatură foarte ridicată (1000 K). Ca rezultat al reacțiilor chimice este separată de atomii de siliciu de atomi de carbon, dintre care prima vaporizează. Ca rezultat, înregistrarea rămâne grafena pură. Dezavantajul acestei metode este necesitatea folosirii unei temperaturi foarte ridicate, care pot apărea în timpul arderii de atomi de carbon.

Metoda cea mai sigură și simplă utilizate pentru producția de masă a graphene, un proces CVD. Este o metodă în care reacția chimică dintre gazele de catalizator și hidrocarburi acoperite cu metal.

Care produce grafen?

Până în prezent, cea mai mare companie, produce un nou nanomaterial este situat în China. Numele producătorului - Ningbo Morsh Technology. producția de grafen au început în 2012.

Consumatorul principal al nanomaterial este o companie Chongqing Morsh Technology. Grafenul-l utilizați pentru producerea de filme transparente conductoare, care sunt introduse în ecranul tactil.

Relativ recent, o companie bine-cunoscut Nokia a emis un brevet de pe senzorul de imagine. Ca parte a acestui mult nevoie este de câteva straturi de element de grafen instrument optic. Un astfel de material utilizat în senzorii de camere creste foarte mult sensibilitatea lor (până la 1000 de ori). În același timp, a observat reducerea consumului de energie electrică. Bun aparat de fotografiat pentru smartphone-ul va conține, de asemenea, grafen.

Pregătirea unui mediu intern,

Este posibil să se producă grafen acasă? Se pare, da! Trebuie doar să ia o capacitate blender de bucătărie de nu mai puțin de 400 W, și să urmeze metoda dezvoltată de către fizicienii irlandezi.

Cum a produs grafen acasă? În acest scop, paharul blenderului se toarnă 500 ml apă prin adăugarea a 10-25 ml de detergent lichid și 20-50 grame de ardezie zdrobit. În continuare dispozitivul trebuie rulat de 10 minute până la o jumătate de oră, până la apariția unei suspensii de fulgi graphene. Materialul rezultat va avea o conductivitate ridicată, care ar permite utilizarea sa în electrozii de celule solare. Grafenul, de asemenea, poate îmbunătăți proprietățile de plastic produse în mediul intern.

oxid de nanomaterial

Oamenii de știință de cercetare activă și structura graphene astfel încât în interiorul sau pe marginile plasei de carbon este atașat sau grupe funcționale care conțin oxigen (e) ale moleculei. Acest Nano-oxid solid, care este primele imagini bidimensionale, care au ajuns în etapa producției comerciale. Din nano- și microparticulelor acestei structuri oameni de știință centimetru mostrele produse.

Astfel, oxidul de grafen în combinație cu diofilizirovannym carbon a fost obținută recent de oamenii de știință chinezi. Acesta este un cub foarte ușor centimetru material care are loc pe petalele unei flori mici. Dar această substanță nouă, în care oxidul Grafenul este una dintre cele mai solide din lume.

aplicatii biomedicale

oxid de grafen are o proprietate unică de selectivitate. Acest lucru va permite substanța pentru a găsi o aplicație biomedicale. Deci, datorită muncii de oameni de știință a fost posibil să se utilizeze oxid de grafen pentru diagnosticul de cancer. Detecta cancerul intr-un stadiu incipient de dezvoltare sale permit proprietăți optice și electrice unice ale nanomaterial.

De asemenea, oxidul de grafen permite vizate de livrare de droguri si de diagnosticare. Pe baza acestui material sunt biosenzori sorbție, arătând spre molecula de ADN.

aplicații industriale

Diverse adsorbanți pe bază de oxid de grafen pot fi aplicate obiectelor infectate naturale și artificiale dezaktsivatsii. O tăietură de nanomaterial activă poate procesa apele subterane și apele de suprafață, sol și le compensare de radionuclidul.

Filtre de oxid de grafen pot oferi premise superchistotoy, care produce componente electronice pentru aplicații speciale. Proprietățile unice ale acestui material va pătrunde în tehnologie fină sferă chimică. În special, acest lucru poate fi extracția metalelor dispersate și rare radioactive. Astfel, utilizarea oxidului de grafen permite extragerea aurului din minereuri de grad scăzut.