Graphene dan permohonannya. Penemuan graphene. Teknologi nano dalam dunia moden

Baru-baru ini dalam bidang Sains dan Teknologi adalah kawasan baru, yang dipanggil teknologi nano. Prospek disiplin ini bukan sahaja luas. Mereka bercita-cita tinggi. Zarah, yang disebut sebagai "nano" adalah nilai yang sama dengan satu billionth daripada sebahagian kecil daripada apa-apa nilai. Saiz ini hanya boleh dibandingkan dengan saiz atom dan molekul. Sebagai contoh, nanometer yang dipanggil satu bilion meter.

Arah utama bidang baru sains

Nanoteknologi memanggil mereka yang memanipulasi perkara pada tahap molekul dan atom. Oleh itu, kawasan ini sains juga dipanggil teknologi molekul. Apa yang mendorong pembangunan? Teknologi nano dalam dunia moden telah muncul terima kasih kepada kuliah Richarda Feynmana. Di dalamnya ahli sains telah membuktikan bahawa tidak ada halangan untuk mewujudkan perkara yang secara langsung daripada atom.

Bermakna untuk manipulasi berkesan zarah kecil yang dipanggil penghimpun. Ini nanomachine molekul, yang boleh digunakan untuk membina apa-apa struktur. Sebagai contoh, penghimpun boleh dipanggil ribosome semulajadi mensintesis protein dalam organisma hidup.

Teknologi nano dalam dunia moden tidak hanya kawasan tunggal kepakaran. Mereka mewakili skop yang luas penyelidikan berkaitan secara langsung dengan banyak bidang sains asas. Antaranya ialah fizik, kimia dan biologi. Menurut saintis, sains ini akan mempunyai dorongan yang paling kuat kepada pembangunan di tengah-tengah nano revolusi akan datang.

bidang permohonan

Senaraikan semua bidang aktiviti manusia, di mana teknologi nano digunakan hari ini, ia adalah mustahil kerana senarai itu sangat menarik. Jadi, dengan bantuan medan ini sains yang dihasilkan:

- Peranti untuk rakaman superdense sebarang maklumat;
- peralatan pelbagai;
- sensor, sel-sel solar, transistor semikonduktor;
- maklumat, pengkomputeran dan teknologi maklumat;
- nanoimprint dan nanolithography;
- Peranti untuk menyimpan tenaga, dan sel-sel bahan api;
- pertahanan, angkasa dan penerbangan aplikasi;
- bioinstrumentary.

Di padang saintifik ini nanoteknologi di Rusia, Amerika Syarikat, Jepun dan beberapa negara-negara Eropah dengan pembiayaan lebih diperuntukkan setiap tahun. Ini adalah disebabkan oleh prospek yang luas untuk pembangunan bidang ini penyelidikan.

Nanoteknologi adalah membangun di Rusia mengikut program sasaran Persekutuan, yang memperuntukkan kos kewangan bukan sahaja besar, tetapi juga membawa sejumlah besar reka bentuk dan penyelidikan kerja-kerja. Untuk mencapai matlamat yang akan menyatukan usaha-usaha pelbagai sistem sains dan teknologi di peringkat syarikat nasional dan multinasional.

bahan baru

Nanoteknologi telah membolehkan saintis untuk menghasilkan plat karbon keras daripada berlian yang tebal hanya satu atom. Ia terdiri daripada graphene. Ia adalah bahan yang paling nipis dan paling kuat di alam semesta, yang menghantar elektrik jauh lebih baik daripada cip komputer silikon.

Penemuan graphene adalah peristiwa revolusi sebenar, yang akan membolehkan banyak perubahan dalam kehidupan kita. bahan ini adalah sifat-sifat fizikal begitu unik yang pada asasnya mengubah sifat manusia perkara dan bahan.

Sejarah penemuan

Graphene adalah kristal dua dimensi. Struktur adalah kekisi heksagon yang terdiri daripada atom karbon. kajian teori graphene bermula lama sebelum mendapat reka bentuk sebenar, kerana bahan ini adalah asas untuk membina kristal grafit tiga dimensi.

Walaupun pada tahun 1947 G. P. Volles dia mempunyai beberapa sifat-sifat graphene, membuktikan bahawa struktur adalah logam yang sama, dan beberapa ciri-ciri serupa dengan zarah ultra-kerelatifan, neutrino dan foton tanpa jisim. Walau bagaimanapun, bahan baru terdapat perbezaan yang signifikan tertentu yang menjadikannya unik sifatnya. Tetapi pengesahan penemuan ini telah diperolehi hanya pada tahun 2004, apabila Konstantin Novoselov dan Andrey GEIM mula diperolehi oleh karbon di negeri ini percuma. Ini bahan baru dipanggil graphene, dan merupakan saintis penemuan utama. Mencari item ini boleh berada di dalam pensil. rod grafit Its terdiri daripada pelbagai lapisan graphene. Bagaimana pensil meninggalkan tanda pada kertas? Hakikatnya adalah bahawa, walaupun kekuatan komponen teras lapisan, ada hubungan yang sangat lemah di antara mereka. Mereka sangat mudah untuk jatuh dalam hubungan dengan kertas, meninggalkan jejak secara bertulis.

Menggunakan bahan baru

Menurut saintis, sensor yang berdasarkan graphene, dapat menganalisis kekuatan dan keadaan pesawat, dan juga meramalkan gempa bumi. Tetapi hanya apabila bahan dengan harta tersebut akan meninggalkan makmal dinding yang menakjubkan menjadi jelas aplikasi praktikal akan membangunkan ke arah bahan. Pada masa ini hari, ahli kimia, ahli fizik dan jurutera elektrik sudah berminat dalam keupayaan unik graphene. Selepas hanya beberapa gram bahan boleh dilindungi wilayah, sama dengan padang bola sepak.

Graphene dan permohonan berpotensi dipertimbangkan dalam menghasilkan satelit ringan dan pesawat. Dalam bidang ini, bahan baru boleh menggantikan gentian karbon dalam bahan komposit. Bahan nano boleh digunakan selain daripada transistor silikon dan pelaksanaannya dalam plastik memberikan kekonduksian elektrik.

Graphene dan penggunaannya adalah dianggap dalam pembuatan perkara sensor. Alat-alat ini ditubuhkan atas dasar bahan terkini akan dapat mengesan molekul yang paling berbahaya. Tetapi penggunaan Nano-serbuk dalam pengeluaran bateri elektrik pada masa-masa untuk meningkatkan keberkesanannya.

Graphene dan aplikasinya dibincangkan dalam optoelektronik. Bahan baru akan berubah plastik sangat ringan dan tahan lama dari mana bekas akan membolehkan beberapa minggu untuk menyimpan makanan segar.

Penggunaan graphene dan dijangka mengeluarkan salutan konduktif telus diperlukan untuk monitor, panel solar dan yang lebih kukuh dan lebih tahan kesan mekanikal turbin angin.

bahan nano berasaskan akan mempunyai yang lebih baik peralatan sukan, implan perubatan dan supercapacitors.

Juga, graphene dan permohonan yang berkaitan dengan:

- frekuensi tinggi tinggi kuasa peranti elektronik;
- membran buatan memisahkan dua cecair dalam tangki;
- meningkatkan sifat kekonduksian daripada pelbagai bahan;
- mewujudkan paparan pada cahaya organik diod pemancar cahaya;
- dipercepatkan pembangunan teknik-teknik baru penjujukan DNA;
- peningkatan paparan kristal cecair;
- transistor balistik.

Penggunaan dalam industri automotif

Menurut penyelidik, tenaga tentu menghampiri graphene 65 kWh / kg. Angka ini adalah 47 kali lebih tinggi daripada satu yang begitu biasa pada masa kini bateri lithium-ion. Fakta ini, ahli-ahli sains telah digunakan untuk mewujudkan satu generasi baru pengecas bateri.

Graphene polimer bateri - peranti dengan cara yang kuasa elektrik maksimum dikekalkan cekap. Pada masa ini, kerja-kerja yang ia dijalankan oleh penyelidik di banyak negara. Kemajuan yang ketara dicapai saintis Sepanyol dalam perkara ini. Graphene-polimer bateri, mereka mencipta mempunyai penggunaan tenaga, beratus-ratus kali lebih besar daripada jumlah yang sama untuk bateri yang sedia ada. Mereka menggunakannya untuk melengkapkan kenderaan elektrik. Mesin, yang dipasang bateri graphene, boleh melakukan perjalanan tanpa henti beribu-ribu kilometer. Untuk berehat dan sumber tenaga elektrik apabila keletihan perlu tidak lebih daripada 8 minit.

touchscreens

Ahli-ahli sains terus meneroka graphene, mewujudkan perkara-perkara baru dan tiada tandingan. Oleh itu, bahan nano karbon telah mendapati permohonan dalam pengeluaran yang menghasilkan skrin sentuh dengan skrin lebar. Istilah ini boleh muncul dan peranti fleksibel jenis ini.

Ahli-ahli sains mendapat kunci graphene adalah segi empat tepat dalam bentuk dan menjadikannya elektrod telus. Beliau juga telah mengambil bahagian dalam kerja-kerja skrin sentuh, mengurangkan ketahanan, ketelusan, fleksibiliti, keramahan alam sekitar dan kos rendah.

mendapatkan graphene

Sejak tahun 2004, apabila ia dibuka bahan nano yang terbaru, ahli-ahli sains telah menguasai beberapa kaedah untuk penyediaan. Walau bagaimanapun, yang paling asas cara ini dianggap:

- pengelupasan mekanikal;
- pertumbuhan epitaxial dalam vakum;
- penyejukan kimia perofaznogo (CVD proses).

Yang pertama ini tiga kaedah adalah yang paling mudah. pengeluaran graphene dengan pengelupasan mekanikal adalah aplikasi khas grafit ke permukaan pelekat pita pelekat. Selepas asas ini, seperti sehelai kertas, mula membengkok dan meluruskan, memisahkan bahan yang dikehendaki. Apabila memohon kaedah ini graphene mendapatkan berkualiti tinggi. Walau bagaimanapun, tindakan itu tidak sesuai untuk pengeluaran besar-besaran bahan nano.

Apabila menggunakan kaedah pertumbuhan epitaxial wafer silikon nipis digunakan, lapisan permukaan yang silikon karbida. Di samping itu, bahan ini dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi (1000 K). Akibat daripada tindak balas kimia dipisahkan dari atom silikon atom karbon, yang pertama yang menguap. Hasilnya, rekod kekal graphene tulen. Kelemahan kaedah ini adalah keperluan menggunakan suhu yang sangat tinggi, yang boleh berlaku semasa pembakaran atom karbon.

Kaedah yang paling dipercayai dan mudah digunakan untuk pengeluaran besar-besaran graphene, yang CVD proses. Ia adalah kaedah di mana tindak balas kimia antara pemangkin dan hidrokarbon gas logam bersalut.

Yang menghasilkan graphene?

Setakat ini, syarikat yang terbesar, menghasilkan bahan nano baru terletak di China. Nama pengilang - Ningbo Morsh Technology. pengeluaran graphene mereka bermula pada 2012.

Pengguna utama bahan nano adalah syarikat Chongqing Morsh Technology. Graphene menggunakannya untuk pengeluaran filem telus konduktif, yang dimasukkan ke dalam paparan skrin sentuh.

Baru-baru ini, sebuah syarikat terkenal Nokia telah mengeluarkan paten pada sensor imej. Sebagai sebahagian daripada ini yang amat diperlukan adalah beberapa lapisan graphene elemen instrumen optik. Apa-apa bahan yang digunakan dalam sensor kamera akan meningkatkan sensitiviti mereka (sehingga 1000 kali). Pada masa yang sama diperhatikan pengurangan dalam penggunaan elektrik. kamera yang baik untuk telefon pintar ini juga akan mengandungi graphene.

Penyediaan persekitaran domestik,

Adakah mungkin untuk menghasilkan graphene di rumah? Ternyata, ya! Anda hanya perlu mengambil kapasiti pengisar dapur tidak kurang daripada 400 W, dan mengikuti kaedah yang dibangunkan oleh ahli fizik Irish.

Bagaimana menghasilkan graphene di rumah? Untuk tujuan ini cawan pengisar telah dicurahkan 500 ml air dengan menambah 10-25 ml sebarang bahan pencuci cecair dan 20-50 gram sabak dihancurkan. Lagi peranti perlu dijalankan dari 10 minit untuk setengah jam, sehingga kemunculan buburan serpih graphene. Bahan yang terhasil akan mempunyai kekonduksian yang tinggi yang akan membolehkan penggunaannya dalam elektrod sel-sel solar. Graphene juga boleh meningkatkan sifat-sifat plastik yang dihasilkan dalam persekitaran domestik.

oksida bahan nano

Ahli-ahli sains secara aktif penyelidikan dan struktur graphene seperti yang di dalam atau di tepi mesh karbon dilampirkan atau oksigen yang mengandungi kumpulan berfungsi (s) molekul. Ini pepejal Nano-oksida yang adalah gambar-gambar dua dimensi pertama, yang telah sampai ke peringkat pengeluaran komersial. Dari nano dan microparticles struktur ini saintis sentimeter sampel dihasilkan.

Oleh itu, oksida graphene dalam kombinasi dengan diofilizirovannym karbon baru-baru ini yang diperolehi oleh ahli sains China. Ini adalah kiub sentimeter bahan yang sangat ringan yang diadakan pada kelopak bunga kecil. Tetapi bahan baru ini, di mana oksida graphene adalah salah satu yang paling kukuh di dunia.

aplikasi bioperubatan

oksida Graphene mempunyai sifat yang unik pemilihan. Ini akan membolehkan bahan untuk mencari aplikasi bioperubatan. Jadi, terima kasih kepada kerja-kerja saintis adalah mungkin untuk menggunakan graphene oksida untuk diagnosis kanser. Mengesan kanser pada peringkat awal perkembangannya membolehkan ciri-ciri optik dan elektrik unik bahan nano itu.

Juga oksida graphene membolehkan penghantaran disasarkan ubat-ubatan dan diagnostik. Berdasarkan bahan ini adalah biosensor sorption, menunjuk kepada molekul DNA.

aplikasi industri

Pelbagai penjerap berdasarkan oksida graphene boleh digunakan untuk objek semula jadi dan buatan manusia dezaktsivatsii yang dijangkiti. A potong bahan nano aktif boleh memproses air bawah tanah dan air permukaan, tanah dan membersihkan mereka dari radionuklid.

Penapis daripada graphene oksida boleh menyediakan premis superchistotoy, yang menghasilkan komponen elektronik untuk aplikasi khas. Sifat-sifat unik bahan ini akan menembusi ke dalam teknologi kimia sfera halus. Khususnya, ini mungkin pengekstrakan logam bertaburan dan jarang berlaku radioaktif. Oleh itu, penggunaan graphene oksida membolehkan untuk mengekstrak emas daripada bijih gred rendah.