Grafen i njegova primjena. Otkriće grafena. Nanotehnologija u suvremenom svijetu

Relativno nedavno u znanosti i tehnologije je novo područje, zove nanotehnologije. Izgledi za ovu disciplinu je ne samo velika. Oni su ambiciozni. Je čestica, koji se nazivaju „nano” je vrijednost jednaka jednoj milijarditi djelić bilo koju vrijednost. Ove veličine se može usporediti samo s veličinom atoma i molekula. Na primjer, nanometar se zove jedan milijarditi dio metra.

Glavni smjer nove području znanosti

Nanotehnologija pozvao one koji manipuliraju obzira na razini molekula i atoma. Dakle, ovo područje znanosti također naziva molekularne tehnologije. Što je bio poticaj za razvoj? Nanotehnologija u suvremenom svijetu su se pojavili zahvaljujući predavanja Richarda Feynmana. U njoj znanstvenik je dokazao da ne postoje prepreke za stvaranje stvari direktno iz atoma.

Sredstva za učinkovitu manipulaciju sitnih čestica zvanih monter. Ova molekularna nanomachine, koji se može koristiti za izgradnju bilo koje strukture. Na primjer, montažer može nazvati prirodnim ribosom sintezu proteina u živim organizmima.

Nanotehnologija u suvremenom svijetu su ne samo jedan područje stručnosti. Oni predstavljaju širok raspon istraživanja izravno odnose na mnogim temeljnim znanostima. Među njima su fizika, kemija i biologija. Prema znanstvenicima, te znanosti će imati najsnažniji poticaj razvoju protiv pozadina od nadolazećeg nanotehnologiji revolucije.

sfera primjene

Popis svih područja ljudske aktivnosti, gdje nanotehnologija se koristi i danas, to je nemoguće, jer je vrlo impresivan popis. Dakle, uz pomoć ovog područja znanosti su proizvedene:

- uređaje za snimanje svaki superdense informacije;
- razna oprema;
- senzori, solarne ćelije, poluvodički tranzistora;
- informacije, računarstvo i informacijske tehnologije;
- nanoimprint i nanolithography;
- uređaje za pohranu energije i goriva stanice;
- obrane, prostor i zrakoplovne aplikacije;
- bioinstrumentary.

Na tom znanstvenom području nanotehnologije u Rusiji, SAD-u, Japanu i nekoliko europskih zemalja s više sredstava dodjeljuje se svake godine. To je zbog ogromne izglede za razvoj ovog područja istraživanja.

Nanotehnologija se razvija u Rusiji prema Federalnom ciljne programa, koji pruža ne samo velike financijske troškove, ali i nosi veliku količinu dizajn i istraživačkih radova. Za postizanje ciljeva ide ujediniti napore raznih znanstvenih i tehnoloških sustava na razini nacionalnih i multinacionalnih korporacija.

novi materijal

Nanotehnologija omogućile znanstvenicima proizvesti ploča od ugljika teže dijamanta čija debljina je samo jedan atom. Sastoji se od grafena. To je najtanji i najjači materijal u svemiru, koja prenosi električnu energiju mnogo bolje nego silicij računalnih čipova.

Otkriće grafena je pravi revolucionarni događaj, koji će omogućiti mnogo promjena u našim životima. Ovaj materijal je toliko jedinstvena fizikalna svojstva koja iz temelja mijenja ljudsku prirodu stvari i tvari.

Povijest otkrića

Grafen je dvodimenzionalna kristala. Njegova struktura je šesterokutno rešetka se sastoji od atoma ugljika. Proučavani grafena počeo davno prije nego njegov pravi nacrte, jer ovaj materijal je temelj za izgradnju trodimenzionalni grafit kristal.

Čak iu 1947. G. P. Volles on ima neka svojstva grafena, dokazujući da je njegova struktura je slična metala, kao i neke karakteristike slične onima od ultra-relativistička čestice, neutrini i bezmasenog fotona. No, novi materijal postoje određene značajne razlike koje ga čine jedinstvenim u svojoj prirodi. No, potvrda ovih nalaza dobiven je tek 2004. godine, kada je Konstantin Novoselov i Andrey Geim je prvi put dobiven ugljika u slobodnom stanju. Ova nova tvar se naziva grafen, a bio je veliko otkriće znanstvenika. Nađi Ovaj predmet može biti olovkom. Njegova grafit šipke sastoji se od više slojeva grafena. Kako olovka ostavlja trag na papiru? Činjenica je da, unatoč snazi od ključnih komponenti slojeva, postoji vrlo slaba veza između njih. Oni su vrlo lako pasti u kontaktu s papira, ostavljajući trag u pisanom obliku.

Koristeći novi materijal

Prema znanstvenicima, senzori koji se temelje na grafena, moći analizirati snagu i stanje zrakoplova, kao i predvidjeti potrese. Ali samo kada je materijal s takvim svojstvima će ostaviti fantastične zid laboratoriji postati jasno praktična primjena će se razvijati u smjeru tvari. U ovom danu, kemičari, fizičari i elektricari su već zainteresirani za jedinstveni potencijal grafena. Nakon samo nekoliko grama tvari može biti pokrivena teritorij, jednako nogometnog igrališta.

Grafen i njegova primjena potencijalno smatraju u proizvodnji lakih satelita i letjelica. U ovom području, novi materijal može zamijeniti ugljičnih vlakana u kompozitnim materijalima. Nanomaterijala mogu se koristiti umjesto silicija tranzistora i njegova primjena u plastiku dati električnu vodljivost.

Grafen i njegova uporaba smatra se u proizvodnji pitanja senzora. Ovi uređaji se formiraju na temelju najnovijih materijala će biti u mogućnosti otkriti najopasniji molekulu. No, uporaba nano-praha u proizvodnji električnih baterija s vremena na vrijeme kako bi povećali svoju učinkovitost.

Grafen i njegova primjena se raspravlja u optoelektronici. Novog materijala će ispasti vrlo lagan i izdržljiv plastike iz koje su spremnici će omogućiti nekoliko tjedana da bi hranu svježom.

Upotreba grafena i očekuje se da će izrada transparentnog provodni sloj potreban za promatrača, solarne ploče i jači i otporniji na mehanička djelovanja vjetroturbina.

Na temelju nanomaterial će imati bolju sportsku opremu, medicinske implantate i supercapacitors.

Također, grafen i njegova primjena odnosi na:

- visoke frekvencije velike snage elektroničkih uređaja;
- umjetne membrane odvajanje dvije tekućine u spremniku;
- poboljšanje vodljivosti svojstava različitih materijala;
- stvaranje prikaz na organske svjetlosne diode;
- ubrzani razvoj novih tehnika DNA sekvenciranje;
- poboljšanje zasloni s tekućim kristalima;
- balistički tranzistora.

Uporaba u automobilskoj industriji

Prema istraživačima, specifična energija približi Grafen 65 kWh / kg. Ova brojka je 47 puta veća od one koje su toliko uobičajene danas litij-ionske baterije. Ta činjenica, znanstvenici su koristili za stvaranje nove generacije punjača za baterije.

Grafen polimer baterija - uređaj pomoću kojeg je maksimalna električna energija efikasno zadržana. Trenutno, rad na njemu provode istraživači u mnogim zemljama. Značajan napredak postignut španjolski znanstvenici u ovom pitanju. Grafen-polimer baterija, stvorili su se potrošnja energije, stotine puta veće od sličnog lik za postojeće baterije. Oni ga koriste za opremanje električna vozila. Stroj, koji je instaliran grafena baterija, mogu putovati bez zaustavljanja tisuće kilometara. Za punjenje električnog izvora energije, kada će iscrpljenosti potrebno ne više od 8 minuta.

zaslon osjetljiv na dodir

Znanstvenici i dalje istraživati grafena, stvarajući nove i neusporedive stvari. Dakle, ugljični nanomaterial je našao svoju primjenu u proizvodnji koja proizvodi touch screen sa širokim zaslonom. Pojam se može pojaviti i fleksibilan uređaj ovog tipa.

Znanstvenici dobio grafen list je pravokutnog oblika i pretvorio ga u prozirnu elektrode. Također je sudjelovao u radu zaslona osjetljivog na dodir, uvelike smanjuje trajnost, transparentnost, fleksibilnost, ekološku prihvatljivost i nisku cijenu.

dobivanje grafen

Od 2004. godine, kada je otvoren najnoviji nanomaterijala, znanstvenici su savladali brojne metode za njegovu pripremu. Međutim, najosnovnije od tih načina se smatraju:

- mehanički piling;
- rast epitaxial u vakuumu;
- hlađenje perofaznogo kemijski (CVD-postupak).

Prvi od tih triju metoda je najjednostavnija. Proizvodnja grafen mehaničkom piling posebna primjena grafita na ljepljivu površinu ljepljivom trakom. Nakon ovog temelja, kao list papira, početi savijati i ispraviti, odvajanje željeni materijal. Kod primjene ove metode grafen dobiti najviše kvalitete. Međutim, takvi postupci nisu pogodni za masovnu proizvodnju nanomaterijala.

Kada se koristi postupak epitaksijalni rasta tankih silicija koriste, površinski sloj koji je silicijev karbid. Nadalje, ovaj materijal se zagrijava pri vrlo visokoj temperaturi (1000 K). Kao rezultat kemijskih reakcija je odvojen od atoma silicija atoma ugljika, od kojih je prvi ispariti. Kao rezultat toga, zapis ostaje čista grafen. Nedostatak ove metode je nužnost korištenja vrlo visoke temperature, koje se mogu pojaviti pri izgaranju ugljikovih atoma.

Najpouzdaniji i jednostavna metoda koja se koristi za masovnu proizvodnju grafena, a KVB-procesu. To je postupak u kojem se kemijske reakcije između metalnih katalizatora i obloženih ugljikovodičnih plinova.

Koja proizvodi grafena?

Do danas je najveća tvrtka, proizvodi novi nanomaterial nalazi se u Kini. Naziv proizvođača - Ningbo Morsh tehnologija. proizvodnja grafen su počeli u 2012.

Glavni potrošač nanomaterial je tvrtka Chongqing Morsh tehnologija. Grafen ga koristiti za proizvodnju vodljivih prozirne folije, koje se umeću u zaslon osjetljiv na dodir.

Relativno nedavno, dobro poznata tvrtka Nokia je izdala patent na senzoru. U sklopu toga je potrebno mnogo-je nekoliko slojeva grafena optičkog elementa s instrumentima. Takav materijal korišten u senzora kamere uvelike povećava njihovu osjetljivost (do 1000 puta). U isto vrijeme uočeno smanjenje potrošnje električne energije. Dobra kamera za smartphone će također sadržavati grafena.

Priprema kućnom okruženju,

Je li moguće proizvesti grafena kod kuće? Ispada, da! Vi samo trebate uzeti blendera kapaciteta kuhinju koja nije manja od 400 W, a slijede metode razvijene od irskih fizičara.

Kako proizvoditi grafena kod kuće? U tu svrhu miješalica čaša se prelije 500 ml vode dodatkom 10-25 ml bilo tekućeg deterdženta i 20-50 grama zdrobljenog tablici. Nadalje, uređaj bi trebao biti trčanje od 10 minuta do pola sata, dok se ne pojave kašu od grafen pahuljica. Rezultirajući materijal će imati visoku provodljivost koji će omogućiti njegovo korištenje u elektroda solarnih ćelija. Grafen također može poboljšati svojstva plastike proizvedene u domaćem okruženju.

oksid nanomaterial

Znanstvenici aktivno istraživanje i grafen strukture, tako da unutar ili na rubovima mreže ugljika vezan ili funkcionalne skupine koje sadržavaju kisik (e) iz molekule. Ova čvrsta Nano-oksid koji je prvi dvodimenzionalne slike, koje su dostigli stupanj komercijalne proizvodnje. Od nano- i mikročestica, ove strukture znanstvenici centimetara uzorke proizvedenih.

Dakle, grafen oksida u kombinaciji s ugljičnim diofilizirovannym nedavno je dobivena od strane kineskih znanstvenika. To je vrlo lagan materijal centimetar kocka koja se održava na latice malog cvijeta. Ali ova nova tvar, u kojoj je grafen oksida je jedan od najpouzdanijih na svijetu.

biomedicinske aplikacije

Grafen oksid ima jedinstveno svojstvo selektivnost. To će omogućiti tvar pronaći biomedicinske primjene. Dakle, zahvaljujući radu znanstvenika je moguće koristiti grafen oksida za dijagnozu raka. Otkriti rak u ranoj fazi razvoja omogućuju jedinstvene optičke i električna svojstva nanomaterial.

Također grafen oksida omogućuje ciljano isporuka lijekova i dijagnostike. Na temelju ovog materijala su sorpcije biosenzori, pokazujući na DNA molekule.

industrijske primjene

Razne sorbenti na temelju grafena oksida može se primijeniti na zaraženim dezaktsivatsii prirodnih i umjetnih objekata. Rez aktivnog nanomaterial može obraditi podzemne vode i površinske vode, tla i njima čišćenja od radionuklida.

Filtri iz grafena oksid može pružiti superchistotoy prostorije, koja proizvodi elektroničke komponente za posebne namjene. Jedinstvena svojstva ovog materijala će prodrijeti u fini kemijski sferi tehnologije. Konkretno, to može biti vađenje radioaktivnih razbacanih i rijetkih metala. Dakle, korištenje grafena oksida omogućuje da ekstrakt zlato iz nekvalitetan ruda.