Graphene ja selle rakendamine. Avastus Grafeenil. Nanotehnoloogia tänapäeva maailmas

Suhteliselt hiljuti Science and Technology on uus ala, mida nimetatakse nanotehnoloogia. Väljavaated selle distsipliini ei ole ainult suur. Nad on ambitsioonikad. Osakeste, mida nimetatakse "nano" on väärtus, mis võrdub ühe miljardik murdosa mingit väärtust. Need suurused saab võrrelda vaid suurust aatomite ja molekulide. Näiteks nanomeetri nimetatakse ühe miljardik meetrit.

Peamine suund uue teaduse

Nanotehnoloogia nimetatakse neid, mis manipuleerida tähtis tasemel molekule ja aatomeid. Seetõttu selles valdkonnas teaduse nimetatakse ka molekulaarseid tehnoloogiat. Mis oli hoog selle arengut? Nanotehnoloogia tänapäeva maailmas on ilmunud tänu loengud Richarda Feynmana. Selles teadlane on tõestanud, et ei ole takistusi luua asju otse aatomit.

Vahendit efektiivse manipuleerimine väikesteks osakesteks nimetatakse koostajale. See molekulaarse nanomachine, mida saab kasutada, et ehitada ükskõik struktuuri. Näiteks koostajale võib nimetada füüsiline ribosoomi sünteesides valgu elusorganismides.

Nanotehnoloogia tänapäeva maailmas ei ole lihtsalt ühe valdkonnast. Nad esindavad laia ulatust teadus otseselt seotud paljude Fundamentaalteaduste. Nende hulgas on füüsika, keemia ja bioloogia. Teadlaste sõnul need teadused on kõige võimsam tõuke taustal tulevad nanotehnoloogia revolutsiooni.

kasutusala

Loetlege kõik inimtegevuse valdkondades, kus nanotehnoloogia kasutatakse täna, see on võimatu, sest väga muljetavaldav nimekiri. Niisiis, abiga selle valdkonna teaduse toodetakse:

- seadmed superdense salvestamise tahes teavet;
- erinevate seadmete;
- andurid, päikesepatareid, pooljuhtide transistorid;
- teave, arvutustehnika ja infotehnoloogia;
- nanoimprint ja Nanolitograafia;
- seadmete energia salvestamiseks ja kütuseelemendid;
- kaitse-, kosmose- ja lennunduse rakenduste;
- bioinstrumentary.

Selle teadusliku nanotehnoloogia alal Venemaal, USAs, Jaapanis ja paljudes Euroopa riikides rohkem vahendeid eraldatakse igal aastal. See on tingitud suur arenguperspektiive käesoleva tegevus teadus-.

Nanotehnoloogia areneb Venemaa vastavalt Federal sihtprogramm, mis pakub mitte ainult suur rahalisi kulutusi, vaid ka kes suure koguse disain ja uurimustööd. Selle saavutamiseks läheb ühendada jõupingutused erinevate teaduslike ja tehnoloogiliste süsteemide tasandil riiklike ja rahvusvaheliste korporatsioonide.

uue materjali

Nanotehnoloogia on võimaldanud teadlastel toota süsiniku plaat raskem kui teemant, mille paksus on ainult üks aatom. Koosneb grafeeni. See on õhem ja tugevam materjal universumi, mis edastab elektri palju parem, kui räni arvutikiipide.

Avastus grafeeni on tõeline revolutsiooniline sündmus, mis võimaldab palju muutusi meie elu. See materjal on nii unikaalne füüsikalised omadused muudab põhjalikult inimloomus asju ja aineid.

Ajalugu avastus

Grafeen on kahemõõtmeline kristall. Selle struktuur on kuusnurkse võre kuhu süsinikuaatomeid. Teoreetilised uuringud grafeeni algas ammu enne saada tema tegelik kujundused, kuna see materjal on aluseks ehitamise kolmemõõtmeline Grafiidikristall.

Isegi 1947. G. P. Volles tal mõned omadused Grafeenil, tõestades, et selle struktuur on analoogne metallid, ning mõned omadused sarnanevad ultra-relativistlikku osakesed, neutriinod ja massless footoneid. Kuid uue materjali on teatud olulised erinevused, mis muudavad ainulaadne oma olemuselt. Aga kinnitust nende leidude saadi alles 2004. aastal, kui Konstantin Novoseloviga ja Andrey Geim esmakordselt saadud süsiniku vabas olekus. See uus aine nimetatakse grafeeni ja oli suur avastus teadlased. Leia see toode saab pliiatsiga. Selle grafiit varraste koosneb mitmest kihist Grafeenil. Kuidas pliiats jätab jälje paberile? Fakt on, et vaatamata tugevust põhikomponent kihid on väga nõrk lüli nende vahel. Nad on väga lihtne langeda kontakti paber, jättes jälje kirjalikult.

Kasutades uut materjali

Teadlaste sõnul on andurid, mis põhinevad grafeeni, suutma analüüsida tugevuse ja õhusõiduki seisund, samuti ennustada maavärinaid. Aga ainult siis, kui materjal selliste omadustega jätan uimastamise seina laborid selgunud praktiline rakendus arendada suunas aine. Praegu päeval, keemikud, füüsikud ja elektriseadmete insenerid on juba huvitatud unikaalsed võimalused grafeeni. Pärast paari grammi aine võib katta territooriumil, on võrdne jalgpalliväljaku.

Graphene ja selle taotluse sisu võib pidada tootma kerge satelliite ja lennukeid. Selles valdkonnas, uue materjali võib asendada süsiniku kiud on komposiitmaterjalid. Nanomaterjalidel asemel võib kasutada räni transistore ja selle rakendamist plastist annavad seda elektrijuhtivus.

Graphene ja selle kasutamine loetakse küsimustes sensor tootmine. Need seadmed on moodustatud põhjal hiljemalt materjali saab kindlaks teha kõige ohtlikum molekuli. Aga kasutada Nano-pulbrite tootmiseks elektriakudega kohati suurendada nende tõhusust.

Grafeen ja selle rakendamine on arutatud optoelektroonika. Uue materjali osutuvad väga kerge ja vastupidav plastikust, kust konteinerid võimaldab paar nädalat hoida toidu värske.

Kasutamine grafeeni ja oodatakse tootmise läbipaistvale juhtivale kattele vajalik monitorid, päikesepaneelid ja tugevama ja vastupidav mehaaniliste mõjude tuuleturbiini.

Tuginedes nanomaterjal on parem spordivarustus, meditsiiniliste implantaatide ja supercapacitors.

Samuti grafeeni ja selle rakendamine on seotud:

- Kõrgsageduslik suure võimsusega elektroonilisi seadmeid;
- tehismembraani eraldades kaks Paagis;
- parandada elektritakistusomadusi erinevatest materjalidest;
- luua näidikut orgaaniline valgusdiood;
- kiirendatud areng uued meetodid DNA sekveneerimise;
- parandamine vedelkristallpaneelidega;
- ballistiliste transistorid.

Kasutamine autotööstuses

Vastavalt teadlaste, konkreetsed energia läheneb grafeeni 65 kWh / kg. See näitaja on 47 korda suurem kui see, mis on nii levinud tänapäeval liitiumioonakudele. See asjaolu on teadlased kasutatakse, et luua uue põlvkonna akulaadijad.

Grafeen polümeer aku - seade, mille abil maksimaalse elektrienergia efektiivselt säilitada. Praegu töö see viiakse läbi teadlased paljudes riikides. Märkimisväärset edu saavutatud Hispaania teadlased selles küsimuses. Graphene-polümeer aku, lõid nad on energia tarbimine, sadu kordi suurem kui sarnane näitaja olemasoleva patareid. Nad kasutavad seda õpetada elektriautod. Masin, mis on paigaldatud grafeeni aku, saab reisida ilma peatumata tuhandeid kilomeetreid. Et laadida elektrienergia allikas, kui ammendumine on vaja enam kui 8 minutit.

puuteekraanid

Teadlased jätkavad uurida grafeeni, luues uusi ja võrratu asju. Seega süsiniku nanomaterjal on leidnud oma rakenduse, kus toodetakse puuteekraanid laia ekraani. Termin võib ilmuda ja paindlik seda tüüpi seade.

Teadlased said grafeeni lehel on ristkülikukujulised ja pöördus see läbipaistev elektrood. Ta on osalenud tööd puuteekraani, mis vähendab oluliselt vastupidavust, läbipaistvus, paindlikkus, keskkonnasõbralikkus ja odav.

saamise grafeeni

Alates 2004. aastast, mil see avati uusim nanomaterjalide teadlased on õppinud mitmeid meetodeid selle valmistamiseks. Kuid kõige elementaarsem neist viisidest peetakse:

- mehaanilised kihistunud;
- epitakskasvatamise vaakum;
- jahutamist perofaznogo keemilised (CVD-protsessi).

Esimene neist kolmest meetodist on kõige lihtsam. grafeeni tootmist mehaanilised kihistunud on eriline taotlus grafiidist liimipinnale kleeplindiga. Pärast seda sihtasutus, nagu paberileht, hakkavad painutada ja painduma, eraldades soovitud materjali. Kui seda meetodit grafeeni saada kõrgeima kvaliteediga. Kuid sellised meetmed ei sobi masstootmise nanomaterjalid.

Kui meetodil epitakskasvatamise õhukeste räniplaadid kasutatakse pinnakiht mis on ränikarbiidi. Lisaks sellele materjali kuumutatakse väga kõrgel temperatuuril (1000 K). Selle tulemusena keemiliste reaktsioonide eraldatakse räniaatomitega süsinikuaatomite, millest esimene aurustamiseks. Selle tulemusena rekord jääb puhas grafeeni. Puuduseks on selle meetodi kasutamise vajalikkust väga kõrgel temperatuuril, mis võib esineda põlemisel süsinikuaatomit.

Kõige usaldusväärne ja lihtne meetod, mida kasutatakse masstootmise Grafeenil, SVH-protsessi. See on meetod, kus keemilise reaktsiooni vahel metalliga kaetud katalüsaatori ja süsivesinikgaasijäätmed.

Mis toodab grafeeni?

Praeguseks on suurim ettevõte, toodab uue nanomaterjal asub Hiinas. Nimi tootja - Ningbo Morsh Technology. grafeeni tootmise hakkasid nad 2012. aastal.

Peamine tarbija nanomaterjal on firma Chongqing Morsh Technology. Graphene kasutada tootmiseks juhtiva läbipaistvate kilede, mis on sisestatud puutetundlik ekraan.

Suhteliselt hiljuti tuntud firma Nokia on välja andnud patendi sensorile. Osana sellest hädavajalikku on mõned kihid grafeeni optiline instrument element. Selline materjal, mida kasutatakse andurite kaamerate suurendab oluliselt nende tundlikkust (kuni 1000 korda). Samal ajal täheldatud elektritarbimise vähenemiseni. Hea kaamera nutitelefoni sisaldab ka grafeeni.

Valmistamine kodustes tingimustes,

Kas on võimalik toota grafeeni kodus? Selgub, jah! Sa lihtsalt vaja võtta mikserid võimsus mitte vähem kui 400 W ja järgige meetodit töötanud Iiri füüsikud.

Kuidas toota grafeeni kodus? Selleks mikserisse tassi valati 500 ml vett lisades 10-25 ml tahes vedelpesuvahend ja 20-50 grammi purustatud kiltkivi. Edasine seadme peaks käivitama 10 minutit pool tundi, kuni tekkis läga grafeenihelbeid. Saadud materjal on kõrge juhtivusega mis lubaks selle kasutamist elektroodid päikesepatareide. Graphene saa ka omaduste parandamiseks plastist toodetud kodukeskkonnas.

oksiidi nanomaterjaliga

Teadlased aktiivselt uurima ja grafeeni struktuur selline, et uste või servadele süsiniku võrgusilma on kinnitatud või hapnikku sisaldavad funktsionaalsed rühmad (s) molekuliga. See tahke Nano-oksiid, mis on esimene kahemõõtmeline pilte, mis on jõudnud tööstusliku tootmise. Alates nano- ja mikroosakeste selle struktuuri teadlased sentimeetri valmistatud proovid.

Seega grafeeni oksiidi kombinatsioonis süsiniku diofilizirovannym saadi hiljuti Hiina teadlased. See on väga kerge materjal sentimeetri kuubik, mis on toimunud kroonlehed väike lill. Aga see uus aine, mille grafeeni oksiid on üks tahke maailmas.

biomeditsiinilised rakendused

Grafeen oksiidi on ainulaadne omadus selektiivsuse. See võimaldab aine leida biomeditsiini taotluse. Niisiis, tänu teadlaste tööd oli võimalik kasutada grafeeni oksiid vähi diagnoosimiseks. Tuvastada vähi varases arengustaadiumis võimaldab ainulaadne optilised ja elektrilised omadused nanomaterjal.

Samuti grafeeni oksiid võimaldab sihitud ravimi väljastamine ja diagnostika. Tuginedes selle materjali on neeldumise biosensorid, osutades DNA molekuli.

tööstuslike rakenduste

Erinevad sorbendid põhineb grafeeni oksiidi võib kohaldada nakatunud dezaktsivatsii looduslike ja tehislike objektide. Lõigatud aktiivne nanomaterjal võib töödelda põhja- ja pinnavee, mulla ja puhastades neid radionukliidide.

Filtrid alates grafeeni oksiidi võib pakkuda superchistotoy ruumides, mis toodab elektroonilisi komponente erilist rakendusi. Unikaalsed omadused Seda materjali tungib trahvi keemiliste sfääri tehnoloogiat. Eriti puudutab see võib olla kaevandamise radioaktiivsete hajunud ja haruldaste metallidega. Seega kasutamise Grafeenil oksiidi lahtrisse ekstraheerimiseks kulla madalaastmelised maagid.