Το γραφένιο και την εφαρμογή της. Η ανακάλυψη του γραφενίου. Νανοτεχνολογία στο σύγχρονο κόσμο

Σχετικά πρόσφατα στην επιστήμη και την τεχνολογία είναι μια νέα περιοχή, που ονομάζεται νανοτεχνολογία. Προοπτικές για αυτό το πειθαρχία δεν είναι απλά τεράστια. Είναι φιλόδοξοι. Το σωματίδιο, που αναφέρεται ως «νανο» είναι μια τιμή ίση με το ένα δισεκατομμυριοστό του κλάσματος οποιασδήποτε αξίας. Αυτά τα μεγέθη μπορούν να συγκριθούν μόνο με το μέγεθος ατόμων και μορίων. Για παράδειγμα, ένα νανόμετρο ονομάζεται ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου.

Η κύρια κατεύθυνση του νέου τομέα της επιστήμης

Νανοτεχνολογία ονομάζεται εκείνους που χειρίζονται το θέμα στο επίπεδο των μορίων και των ατόμων. Ως εκ τούτου, αυτή η περιοχή της επιστήμης που ονομάζεται μοριακή τεχνολογία. Ποια ήταν η ώθηση για την ανάπτυξή της; Νανοτεχνολογία στο σύγχρονο κόσμο έχουν εμφανιστεί χάρη στις διαλέξεις Richarda Feynmana. Σε αυτό ο επιστήμονας έχει αποδείξει ότι δεν υπάρχουν εμπόδια για τη δημιουργία των πραγμάτων απευθείας από τα άτομα.

Μέσα για την αποτελεσματική χειραγώγηση από μικροσκοπικά σωματίδια που ονομάζονται συναρμολόγησης. Αυτό το μοριακό νανομηχανή, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κάθε δομή. Για παράδειγμα, ο συναρμολογητής μπορεί να ονομάζεται φυσικό ριβοσώματος σύνθεσης μιας πρωτεΐνης σε ζωντανούς οργανισμούς.

Νανοτεχνολογία στο σύγχρονο κόσμο δεν είναι μόνο μια ενιαία περιοχή της εμπειρογνωμοσύνης. Αντιπροσωπεύουν ένα ευρύ πεδίο έρευνας που σχετίζονται άμεσα με πολλές θεμελιώδεις επιστήμες. Μεταξύ αυτών είναι φυσική, χημεία και βιολογία. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι επιστήμες θα έχει την πιο ισχυρή ώθηση στην ανάπτυξη και στο πλαίσιο της επερχόμενης επανάστασης νανοτεχνολογίας.

πεδίο εφαρμογής

Λίστα όλες τις σφαίρες της ανθρώπινης δραστηριότητας, όπου η νανοτεχνολογία χρησιμοποιείται σήμερα, είναι αδύνατο λόγω του πολύ εντυπωσιακή λίστα. Έτσι, με τη βοήθεια αυτού του τομέα της επιστήμης παράγονται:

- Συσκευές για την υπέρ-καταγραφή κάθε πληροφορία?
- διάφορες συσκευές?
- αισθητήρες, ηλιακά κύτταρα, τρανζίστορ ημιαγωγών?
- πληροφορίες, πληροφορικής και της τεχνολογίας των πληροφοριών?
- nanoimprint και nanolithography?
- συσκευές για την αποθήκευση ενέργειας, και των κυψελών καυσίμου?
- την άμυνα, το διάστημα και η αεροπορία εφαρμογές?
- bioinstrumentary.

Σε αυτό το επιστημονικό πεδίο της νανοτεχνολογίας στη Ρωσία, τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία και πολλές ευρωπαϊκές χώρες, με περισσότερα κονδύλια που διατίθενται κάθε χρόνο. Αυτό οφείλεται στις τεράστιες προοπτικές για την ανάπτυξη αυτού του τομέα της έρευνας.

Η νανοτεχνολογία είναι η ανάπτυξη στη Ρωσία, σύμφωνα με το ομοσπονδιακό πρόγραμμα-στόχο, η οποία όχι μόνο παρέχει μεγάλη οικονομικό κόστος, αλλά και μεταφέρουν ένα μεγάλο ποσό του σχεδιασμού και ερευνητικές εργασίες. Για την επίτευξη των στόχων πρόκειται να ενώσει τις προσπάθειες των διαφόρων επιστημονικών και τεχνολογικών συστημάτων στο επίπεδο των εθνικών και πολυεθνικών εταιρειών.

νέο υλικό

Η νανοτεχνολογία επέτρεψαν στους επιστήμονες να παραχθεί ένα πιάτο άνθρακα σκληρότερα από διαμάντι οποίου το πάχος είναι μόνο ένα άτομο. Αποτελείται από γραφένιο. Είναι το λεπτότερο και ισχυρότερο υλικό στον κόσμο, η οποία μεταδίδει ηλεκτρική ενέργεια πολύ καλύτερα από ό, τι τα τσιπ υπολογιστών πυριτίου.

Η ανακάλυψη του γραφένιο είναι ένα πραγματικό επαναστατικό συμβάν, το οποίο θα επιτρέπει πολλές αλλαγές στη ζωή μας. Αυτό το υλικό είναι τόσο μοναδικές φυσικές ιδιότητες που αλλάζει ριζικά την ανθρώπινη φύση των πραγμάτων και ουσιών.

Η ιστορία της ανακάλυψης

Το γραφένιο είναι ένα δισδιάστατο κρύσταλλο. Η δομή του είναι ένα εξαγωνικό πλέγμα που αποτελείται από άτομα άνθρακα. Θεωρητικές μελέτες του γραφενίου ξεκίνησε πολύ πριν πάρει πραγματικά τα σχέδιά του, δεδομένου ότι το υλικό αυτό αποτελεί τη βάση για την κατασκευή ενός τρισδιάστατου κρύσταλλο γραφίτη.

Ακόμη και σε 1947 G. Ρ Volles έχει κάποιες ιδιότητες του γραφενίου, αποδεικνύοντας ότι η δομή του είναι παρόμοια μέταλλα, και ορισμένα χαρακτηριστικά παρόμοια με εκείνα των υπερ-σχετικιστικά σωματίδια, νετρίνα και άμαζα φωτόνια. Ωστόσο, το νέο υλικό, υπάρχουν ορισμένες σημαντικές διαφορές που το καθιστούν μοναδικό στο είδος του. Αλλά επιβεβαίωση αυτών των ευρημάτων αποκτήθηκε μόλις το 2004, όταν Konstantin Novoselov και Andrey Geim ελήφθη για πρώτη φορά από τον άνθρακα σε ελεύθερη κατάσταση. Η νέα ουσία που ονομάζεται γραφένιο, και ήταν μια σημαντική ανακάλυψη επιστημόνων. Βρείτε αυτό το στοιχείο μπορεί να είναι με μολύβι. ράβδος γραφίτη του αποτελείται από πολλαπλά στρώματα γραφενίου. Πώς ένα μολύβι αφήνει ένα σημάδι στο χαρτί; Το γεγονός είναι ότι, παρά την ισχύ των βασικών συστατικών των στρωμάτων, υπάρχει ένα πολύ αδύναμο κρίκο μεταξύ τους. Είναι πολύ εύκολο να πέσουν σε επαφή με το χαρτί, αφήνοντας ένα ίχνος γραπτώς.

Χρησιμοποιώντας το νέο υλικό

Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι αισθητήρες που βασίζονται σε γραφενίου, να είναι σε θέση να αναλύσει τη δύναμη και την κατάσταση του αεροσκάφους, καθώς και για την πρόβλεψη σεισμών. Αλλά μόνο όταν το υλικό με τέτοιες ιδιότητες θα αφήσει εκπληκτική εργαστήρια τοίχο καταστεί σαφές πρακτική εφαρμογή θα αναπτυχθεί προς την κατεύθυνση της ουσίας. Προς το παρόν ημέρα, χημικοί, φυσικοί και ηλεκτρολόγοι μηχανικοί είναι ήδη ενδιαφέρονται για τις μοναδικές δυνατότητες του γραφενίου. Μετά από μόλις λίγα γραμμάρια της ουσίας μπορεί να καλυφθεί έδαφος, ίση με ένα γήπεδο ποδοσφαίρου.

Το γραφένιο και η εφαρμογή της εν δυνάμει θεωρείται στην παραγωγή ελαφρύ δορυφόρους και αεροσκάφη. Στον τομέα αυτό, το νέο υλικό μπορεί να αντικαταστήσει τις ίνες άνθρακα στα σύνθετα υλικά. Τα νανοϋλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί των τρανζίστορ πυριτίου και της εφαρμογής της σε πλαστικό δώσει ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Το γραφένιο και η χρήση του θεωρείται στην κατασκευή αισθητήρων θέματα. Οι συσκευές αυτές διαμορφώνονται με βάση τις τελευταίες υλικό θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει το πιο επικίνδυνο μόριο. Όμως, η χρήση των νανο-σκόνης στην παραγωγή των ηλεκτρικών μπαταριών κατά καιρούς να αυξήσουν την αποτελεσματικότητά τους.

Το γραφένιο και η εφαρμογή του συζητούνται στην οπτοηλεκτρονική. Από το νέο υλικό θα αποδειχθεί πολύ ελαφρύ και ανθεκτικό πλαστικό από το οποίο τα δοχεία θα επιτρέψει για μερικές εβδομάδες για να διατηρήσετε φρέσκα τρόφιμα.

Η χρήση του γραφενίου και αναμένεται να κατασκευάσει μια διαφανή αγώγιμη επικάλυψη που απαιτείται για οθόνες, ηλιακούς συλλέκτες και μια ισχυρότερη και πιο ανθεκτικό σε μηχανικές επιδράσεις των ανεμογεννητριών.

Με βάση νανοϋλικό θα έχουν ένα καλύτερο αθλητικό εξοπλισμό, ιατρικά εμφυτεύματα και υπερπυκνωτές.

Επίσης, γραφενίου και την εφαρμογή της σχετικής με:

- υψηλής συχνότητας υψηλής ισχύος ηλεκτρονικές συσκευές?
- τεχνητή μεμβράνη που χωρίζει δύο υγρού στη δεξαμενή?
- βελτίωση των ιδιοτήτων αγωγιμότητας των διαφόρων υλικών?
- δημιουργώντας μια οθόνη για τη βιολογική δίοδο εκπομπής φωτός?
- ταχύτερη ανάπτυξη νέων τεχνικών της αλληλουχίας του DNA?
- βελτίωση των οθονών υγρών κρυστάλλων?
- βαλλιστική τρανζίστορ.

Η χρήση στην αυτοκινητοβιομηχανία

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η συγκεκριμένη ενέργεια προσεγγίζει το γραφένιο 65 kWh / kg. Το ποσοστό αυτό είναι 47 φορές υψηλότερο από εκείνο που είναι τόσο κοινές στις μέρες μας μπαταρίες ιόντων λιθίου. Το γεγονός αυτό, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει για να δημιουργήσει μια νέα γενιά φορτιστών μπαταριών.

Γραφένιο πολυμερές μπαταρία - η συσκευή μέσω της οποίας η μέγιστη ηλεκτρική ισχύς αποτελεσματικά διατηρούνται. Επί του παρόντος, οι εργασίες για διεξάγεται από ερευνητές σε πολλές χώρες. Σημαντική πρόοδος επιτεύχθηκε Ισπανοί επιστήμονες σε αυτό το θέμα. Το γραφένιο-πολυμερών μπαταρίας, δημιούργησαν έχει κατανάλωσης ενέργειας, εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από ό, τι ένα παρόμοιο ποσοστό για τις υπάρχουσες μπαταρίες. Θα το χρησιμοποιήσετε για να εξοπλίσει τα ηλεκτρικά οχήματα. Το μηχάνημα, που είναι εγκατεστημένη μπαταρία γραφενίου, μπορούν να ταξιδεύουν χωρίς διακοπή χιλιάδες χιλιόμετρα. Για να επαναφορτίσετε την ηλεκτρική πηγή ενέργειας, όταν εξάντληση θα χρειαστεί περισσότερο από 8 λεπτά.

οθόνες αφής

Οι επιστήμονες συνεχίζουν να διερευνήσει γραφενίου, δημιουργώντας ένα νέο και απαράμιλλη πράγματα. Έτσι, η νανοϋλικό άνθρακα έχει βρει εφαρμογή του στην παραγωγή που παράγει οθόνες αφής με ευρεία οθόνη. Ο όρος μπορεί να εμφανιστεί και ευέλικτη συσκευή αυτού του τύπου.

Οι επιστήμονες πήραν μια γραφενίου φύλλο είναι ορθογώνιο σχήμα και το μετέτρεψε σε ένα διαφανές ηλεκτρόδιο. Έχει επίσης συμμετάσχει στις εργασίες της οθόνης αφής, μειώνοντας σημαντικά την αντοχή, τη διαφάνεια, ευελιξία, φιλικότητα προς το περιβάλλον και χαμηλό κόστος.

την απόκτηση γραφενίου

Από το 2004, όταν άνοιξε το νεότερο νανοϋλικά, οι επιστήμονες έχουν μάθει μια σειρά από μεθόδους για την παρασκευή του. Ωστόσο, το πιο βασικό από αυτούς τους τρόπους θεωρούνται:

- μηχανική απολέπιση?
- επιταξιακής ανάπτυξης σε κενό?
- ψύξη perofaznogo χημικές (CVD-διαδικασία).

Η πρώτη από αυτές τις τρεις μεθόδους είναι η πιο απλή. παραγωγή γραφενίου με μηχανική απολέπιση είναι μια ειδική εφαρμογή του γραφίτη στην κολλητική επιφάνεια της κολλητικής ταινίας. Μετά από αυτό το θεμέλιο, όπως ένα φύλλο χαρτί, αρχίζουν να λυγίσει και χαλαρώνω, διαχωρισμό του επιθυμητού υλικού. Κατά την εφαρμογή αυτή η μέθοδος γραφενίου λάβει την υψηλότερη ποιότητα. Ωστόσο, τέτοιες ενέργειες δεν είναι κατάλληλες για μαζική παραγωγή των νανοϋλικών.

Όταν χρησιμοποιείται η μέθοδος της επιταξιακή ανάπτυξη της λεπτής γκοφρέτες πυριτίου χρησιμοποιούνται, το επιφανειακό στρώμα το οποίο είναι το καρβίδιο του πυριτίου. Περαιτέρω, αυτό το υλικό θερμαίνεται σε μια πολύ υψηλή θερμοκρασία (1000 Κ). Ως ένα αποτέλεσμα των χημικών αντιδράσεων διαχωρίζεται από τα άτομα πυριτίου των ατόμων άνθρακα, η πρώτη εκ των οποίων εξάτμιση. Ως αποτέλεσμα, η εγγραφή παραμένει καθαρό graphene. Το μειονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η αναγκαιότητα χρήσης πολύ υψηλές θερμοκρασίες, που μπορεί να συμβεί κατά την καύση των ατόμων άνθρακα.

Η πιο αξιόπιστη και απλή μέθοδος που χρησιμοποιείται για την μαζική παραγωγή του γραφενίου, μιας CVD-διαδικασία. Είναι μια μέθοδος κατά την οποία η χημική αντίδραση μεταξύ του καταλύτη και των υδρογονανθράκων αέρια επικαλυμμένη με μέταλλο.

Ποια παράγει γραφενίου;

Μέχρι σήμερα, η μεγαλύτερη εταιρεία, παράγει μια νέα νανοϋλικό βρίσκεται στην Κίνα. Το όνομα του κατασκευαστή - Ningbo Morsh Τεχνολογίας. παραγωγή γραφενίου που ξεκίνησε το 2012.

Ο κύριος καταναλωτής του νανοϋλικό είναι μια εταιρεία Chongqing Morsh Τεχνολογίας. Γραφένιο το χρησιμοποιούν για την παραγωγή του αγώγιμου διαφανούς φιλμ, τα οποία εισάγονται μέσα στην οθόνη αφής.

Σχετικά πρόσφατα, μια γνωστή εταιρεία Nokia έχει εκδοθεί δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στον αισθητήρα εικόνας. Ως μέρος αυτής της πολύ αναγκαία είναι λίγα στρώματα γραφενίου στοιχείου οπτικού οργάνου. Ένα τέτοιο υλικό που χρησιμοποιείται στους αισθητήρες των καμερών αυξάνει σε μεγάλο βαθμό την ευαισθησία τους (μέχρι 1000 φορές). Ταυτόχρονα, παρατηρείται μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Καλή κάμερα για το smartphone θα περιέχει επίσης γραφενίου.

Παρασκευή οικιακό περιβάλλον,

Είναι δυνατόν να παραχθούν γραφενίου στο σπίτι; Αποδεικνύεται, ναι! Απλά πρέπει να λάβει μια ικανότητα μπλέντερ κουζίνα του όχι λιγότερο από 400 W, και ακολουθεί τη μέθοδο που αναπτύχθηκε από τις ιρλανδικές φυσικοί.

Πώς παραγωγή γραφενίου στο σπίτι; Για το σκοπό αυτό το κύπελλο μπλέντερ χύθηκε 500 ml νερού με προσθήκη 10-25 πιΐ οποιουδήποτε υγρού απορρυπαντικού και 20-50 γραμμάρια συνθλίβονται σχιστόλιθο. Περαιτέρω η συσκευή θα πρέπει να εκτελεστεί από 10 λεπτά έως μισή ώρα, μέχρι την εμφάνιση του ένα πολτό νιφάδων γραφενίου. Το προκύπτον υλικό θα έχει μια υψηλή αγωγιμότητα που θα επέτρεπε τη χρήση του στα ηλεκτρόδια των ηλιακών κυττάρων. Το γραφένιο, επίσης, μπορεί να βελτιώσει τις ιδιότητες των πλαστικών που παράγονται στο οικιακό περιβάλλον.

νανοϋλικό οξείδιο

Οι επιστήμονες ενεργά την έρευνα και τη δομή γραφενίου τέτοια ώστε εντός ή επί των ακμών του πλέγματος άνθρακος είναι συνδεδεμένο ή λειτουργικές ομάδες που περιέχουν οξυγόνο (-α) του μορίου. Αυτό το στερεό Nano-οξείδιο της οποίας είναι οι πρώτες δύο-διαστάσεων εικόνες, οι οποίες έχουν φθάσει στο στάδιο της εμπορικής παραγωγής. Από νανο- και μικροσωματίδια αυτής της δομής επιστημόνων εκατοστό δείγματα που παράγονται.

Έτσι, το οξείδιο γραφενίου σε συνδυασμό με diofilizirovannym άνθρακα λήφθηκε πρόσφατα από τους Κινέζους επιστήμονες. Αυτό είναι ένα πολύ ελαφρύ υλικό εκατοστό κύβο που πραγματοποιήθηκε στις πέταλα ενός μικρού λουλουδιού. Αλλά αυτή η νέα ουσία, στην οποία το οξείδιο του γραφενίου είναι ένα από τα πιο στερεά στον κόσμο.

βιοϊατρικές εφαρμογές

Graphene οξείδιο έχει μια μοναδική ιδιότητα της επιλεκτικότητας. Αυτό θα επιτρέψει στην ουσία να βρουν μια βιοϊατρική εφαρμογή. Έτσι, χάρη στο έργο των επιστημόνων ήταν δυνατόν να χρησιμοποιηθεί οξείδιο του γραφενίου για τη διάγνωση του καρκίνου. Ανίχνευση του καρκίνου σε πρώιμο στάδιο της ανάπτυξής του επιτρέπουν μοναδικές οπτικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των νανοϋλικών.

Επίσης graphene οξείδιο επιτρέπει στοχευμένη απελευθέρωση φαρμάκων και διαγνωστικών. Βάσει αυτού του υλικού είναι βιοαισθητήρες ρόφησης, που δείχνουν προς το μόριο του DNA.

βιομηχανικές εφαρμογές

Διάφορα προσροφητικά με βάση την οξειδίου γραφενίου μπορεί να εφαρμοστεί στα μολυσμένα dezaktsivatsii φυσικές και τεχνητές αντικείμενα. Ένα κόψιμο του ενεργού νανοϋλικού μπορεί να επεξεργαστεί υπόγειων και των επιφανειακών υδάτων, του εδάφους και την απεμπλοκή τους από το ραδιονουκλίδιο.

Φίλτρα από οξείδιο του γραφενίου μπορεί να προσφέρει χώρους superchistotoy, η οποία παράγει ηλεκτρονικά εξαρτήματα για ειδικές εφαρμογές. Οι μοναδικές ιδιότητες του υλικού αυτού θα διεισδύσει σε πρόστιμο τεχνολογία χημικών σφαίρα. Ειδικότερα, αυτό μπορεί να είναι εκχύλιση των ραδιενεργών διάσπαρτα και σπάνια μέταλλα. Έτσι, η χρήση του οξειδίου του γραφενίου επιτρέπει την εξαγωγή του χρυσού από χαμηλού βαθμού μεταλλεύματα.