Graphene un tā piemērošana. Par graphene atklāšana. Nanotehnoloģija mūsdienu pasaulē

Salīdzinoši nesen zinātnes un tehnoloģiju jomā, ir jauna joma, ko sauc par nanotehnoloģijas. Perspektīvas šajā disciplīnā ir ne tikai plašs. Tie ir ambiciozi. Daļiņu, ko dēvē par "nano" ir vērtība, kas vienāda ar vienu miljardo daļu daļu jebkuru vērtību. Šie izmēri var salīdzināt tikai ar izmēru atomu un molekulu. Piemēram, nanometru sauc par viena miljardā daļa no metra.

Galvenais virziens jaunās zinātnes jomā

Nanotehnoloģiju sauc par tiem, kas manipulēt jautājumu līmenī molekulu un atomu. Tāpēc šī joma zinātnē sauc arī molekulāro tehnoloģiju. Kāds bija stimuls tās attīstību? Nanotehnoloģija mūsdienu pasaulē ir parādījušies, pateicoties lekcijas Richardà Feynmana. Tajā zinātnieks ir pierādījis, ka nav šķēršļu radīšanu lietām tieši no atomiem.

Līdzekļi efektīvai manipulācijas sīkās daļiņas sauc montētājam. Tas molekulārā nanomachine, ko var izmantot, lai izveidotu jebkuru struktūru. Piemēram, komplektētājs var saukt par dabīgu ribosomu sintēzes olbaltumvielas dzīvajos organismos.

Nanotehnoloģija mūsdienu pasaulē ir ne tikai viena kompetences jomas. Viņi pārstāv plašu darbības jomu izpēti tieši saistīta ar daudziem fundamentālo zinātņu. Starp tiem ir fizika, ķīmija un bioloģija. Pēc zinātnieku domām, šie zinātnes būs visspēcīgākais impulsu attīstībai fona gaidāmo nanotehnoloģiju revolūciju.

piemērošanas joma

Uzskaitiet visus darbības sfērās, kur nanotehnoloģijas izmanto šodien, tas ir iespējams, jo ir ļoti iespaidīgs sarakstā. Tātad, ar palīdzību šīs zinātnes jomā, ir ražoti:

- ierīces superdense ierakstīšanai jebkuru informāciju;
- dažādas iekārtas;
- sensori, saules baterijas, pusvadītāju tranzistori;
- informācija, skaitļošanas un informācijas tehnoloģijas;
- nanoimprint un nanolithography;
- ierīces enerģijas uzkrāšanai, un degvielas šūnas;
- aizsardzības, kosmosa un aviācijas pieteikumi;
- bioinstrumentary.

Par šo zinātnisko nanotehnoloģiju sfērā Krievijā, ASV, Japānā un vairākās Eiropas valstīs ar lielāku finansējuma tiek piešķirta katru gadu. Tas ir saistīts ar plašajām attīstības perspektīvām šajā pētniecības jomā.

Nanotehnoloģija attīstās Krievijā saskaņā ar Federālās mērķa programmu, kas nodrošina ne tikai lielas finansiālas izmaksas, bet arī pārvadā lielu daudzumu dizaina un pētniecības darbiem. Lai sasniegtu mērķus, kas dodas uz apvienot centienus dažādās zinātniskās un tehnoloģiskās sistēmas līmenī valsts un starptautiskām korporācijām.

jaunais materiāls

Nanotehnoloģija ir ļāvis zinātniekiem ražot oglekļa plāksni grūtāk nekā dimants, kura biezums ir tikai viens atoms. Tas sastāv no graphene. Tas ir visplānākais un spēcīgākais materiāls Visumu, kas pārraida elektrību daudz labāk nekā silīcija datoru mikroshēmas.

No graphene atklāšana ir īsts revolucionārs notikums, kas ļaus daudz pārmaiņas mūsu dzīvē. Šis materiāls ir tik unikālas fiziskās īpašības, kas būtiski maina cilvēka dabu lietām un vielām.

Vēsture atklāšana

Graphene ir divdimensiju kristāla. Tās struktūra ir sešstūra režģis, kas sastāv no oglekļa atomiem. Teorētiskie pētījumi graphene sākās ilgi pirms kļūst savas reālās dizainu, jo šis materiāls ir pamats būvējot trīsdimensiju grafīta kristālu.

Pat 1947. G. P. Volles viņam ir dažas īpašības graphene, pierādot, ka tā struktūra ir līdzīga metāli un dažas pazīmes ir līdzīgas no ultra-relativistic daļiņām, neitrīno un massless fotoniem. Tomēr jaunais materiāls ir noteiktas būtiskas atšķirības, kas padara to unikālu savā raksturs. Bet apstiprinājums šiem secinājumiem tika iegūts tikai 2004.gadā, kad Konstantīns Novoselov un Andrejs Geim pirmo reizi tika iegūts ar oglekļa brīvā stāvoklī. Šī jaunā viela sauc graphene, un bija galvenais atklājums zinātniekiem. Atrast šo posteni var zīmuli. Tās grafīta stienis veido vairāku slāņu graphene. Kā zīmuļa atstāj zīmi uz papīra? Fakts ir tāds, ka, neskatoties uz izturību pamatelementiem slāņiem, ir ļoti vāja saikne starp tām. Tie ir ļoti viegli krist saskarē ar papīru, atstājot taka rakstiski.

Izmantojot jauno materiālu

Pēc zinātnieku domām, sensori, kuru pamatā ir graphene, spēt analizēt spēku un stāvokli lidmašīnas, kā arī prognozēt zemestrīces. Bet tikai tad, ja materiāls ar šādām īpašībām atstās apdullināšanas sienas laboratorijas kļuvis skaidrs praktiska piemērošana attīstīsies virzienā vielas. Pašlaik dienā, ķīmiķi, fiziķi un elektriskās inženieri jau ir ieinteresēti unikālās iespējas graphene. Pēc tam, kad tikai daži grami vielas var noklāt teritoriju, kas ir vienāda ar futbola laukumu.

Graphene un tās piemērošana iespējami uzskatīts ražo viegls satelītus un lidmašīnas. Šajā jomā, jaunu materiālu var aizvietot ar oglekļa šķiedras tādās kompozītmateriāliem. Nanomateriāli var izmantot, nevis silīcija tranzistori un tās īstenošana plastmasas to elektrovadītspēju.

Graphene un tā izmantošana ir izskatīti jautājumi sensoru ražošanā. Šīs ierīces tiek veidotas, balstoties uz jaunākajiem materiāliem varēs atklāt visbīstamāko molekulā. Bet izmantošana Nano-pulveriem ražošanā elektriskajām baterijām reizēm, lai palielinātu to efektivitāti.

Graphene un tā piemērošana tiek apspriesti optoelektronikai. No jaunā materiāla būs izrādīties ļoti viegls un izturīgs plastmasas, no kura konteineri ļaus uz pāris nedēļām, lai saglabātu svaigu pārtiku.

Paredzams, ka graphene un izmantošana, lai ražotu caurspīdīga strāvas vadītāja pārklājuma, kas nepieciešama monitoriem, saules paneļi un spēcīgāku un izturīgāku pret mehānisku iedarbību vēja turbīnu.

Pamatojoties nanomateriāls būs labāka sporta inventāru, medicīnas implanti un Supercapacitors.

Arī graphene un tās piemērošana, kas attiecas uz:

- augstas frekvences augstas jaudas elektroniskās ierīces;
- mākslīgais membrāna, kas atdala divas šķidrumu tvertnē;
- uzlabot vadītspējas īpašības dažādiem materiāliem;
- izveidojot displeju uz organisko gaismas diode;
- paātrināta jaunu paņēmienu DNS secības;
- uzlabojums no šķidro kristālu displejiem;
- ballistisko tranzistoru.

Lietojums automobiļu rūpniecībā

Saskaņā ar pētniekiem, īpaša enerģija pieejas Graphene 65 kWh / kg. Šis skaitlis ir 47 reizes lielāks nekā tas, kas ir tik bieži mūsdienās litija-jonu baterijas. Šis fakts, zinātnieki ir izmantojuši, lai radītu jaunas paaudzes akumulatoru lādētājiem.

Graphene polimēru akumulators - ierīce, ar kuru maksimālā elektriskā jauda efektīvi saglabāti. Pašlaik darbs pie tā veic pētnieki daudzās valstīs. Ievērojams progress panākts Spānijas zinātniekiem šajā jautājumā. Graphene-polimēru baterija, viņi radīja, ir enerģijas patēriņš, simtiem reižu lielāks nekā līdzīga summa esošajām baterijām. Viņi to izmanto, lai aprīkot elektriskos transportlīdzekļus. Mašīna, kas ir uzstādīta Graphene akumulatoru, var ceļot bez apstāšanās tūkstošiem kilometru. Lai uzlādētu elektrisko enerģijas avots, kad izsmelšana būs nepieciešams ne vairāk kā 8 minūtes.

touchscreens

Zinātnieki turpina pētīt graphene, radot jaunas un nepārspējamas lietas. Tādējādi oglekļa nanomateriāli ir atradis savu pieteikumu ražošanā, kas ražo touch ekrāni ar plašu ekrāna. Termins var parādīties un elastīgu No šāda veida ierīces.

Zinātnieki ieguva graphene lapa ir taisnstūra formas, un pārvērta to caurspīdīgā elektrodu. Viņš ir arī piedalījies darbā skārienekrāna, ievērojami samazinot izturību, pārredzamību, elastību, draudzīgums videi un zemas izmaksas.

graphene iegūšana

Kopš 2004. gada, kad tas tika atvērts jaunāko nanomateriālus, zinātnieki apguvuši vairākas metodes, tās sagatavošanā. Tomēr, visvienkāršākā no šiem veidiem tiek uzskatīti:

- mehānisko eksfoliācijas;
- epitaksiālās audzēšanas vakuumā;
- dzesēšanas perofaznogo ķīmiskas (CVD-process).

Pirmais no šiem trim metodēm ir visvienkāršākā. graphene ražošanu ar mehānisko pīlingu, ir īpaša programma, grafīta ar lipīgo virsmu līmlenti. Pēc šī pamata, piemēram, papīra lapas, sāk saliekt un atliekt, atdalot vajadzīgo materiālu. Piemērojot šo metodi graphene iegūt visaugstāko kvalitāti. Tomēr šādas darbības nav piemērotas masveida ražošanai nanomateriāliem.

Lietojot metodi epitaksiālo pieauguma plānas silīcija platēm tiek izmantoti, virsmas slānis, kas ir silīcija karbīda. Turklāt šis materiāls tiek sildīts pie ļoti augstas temperatūras (1000 K). Kā rezultāts ķīmisko reakciju tiek atdalīta no silīcija atomu oglekļa atomiem, no kuriem pirmais iztvaikot. Tā rezultātā ieraksts paliek tīra Graphene. Šīs metodes trūkums ir nepieciešamība, izmantojot ļoti augstas temperatūras, kas var rasties degšanas oglekļa atomu laikā.

Visdrošākais un vienkārša metode, ko izmanto, lai masveida ražošanu graphene, kas CVD-procesā. Tā ir metode, kurā ķīmiskā reakcija starp metāla pārklājumu katalizatora un ogļūdeņražu gāzēm.

Kura ražo graphene?

Līdz šim lielākais uzņēmums ražo jaunu nanomateriālu atrodas Ķīnā. Nosaukums ražotāja - Ningbo Morsh Technology. graphene ražošana viņi sāka 2012. gadā.

Galvenais patērētāju nanomateriāla ir uzņēmums, Chongqing Morsh Technology. Graphene izmantot to ražošanai vadošu caurspīdīgām filmām, kas tiek ievietoti touchscreen displeju.

Salīdzinoši nesen, labi pazīstama kompānija Nokia ir izdevis patentu uz attēla sensora. Kā daļu no šīs tik ļoti vajadzīgs, ir pāris slāņi Graphene optisko instrumentu elementa. Šāds materiāls, ko izmanto sensoru kamerām ievērojami paaugstina jutību (līdz 1000 reizes). Tajā pašā laikā novērots samazinājums elektroenerģijas patēriņa. Laba kamera viedtālruņa būs arī graphene.

Sagatavošana vietējā vidē,

Vai ir iespējams ražot graphene mājās? Izrādās, jā! Jums vienkārši nepieciešams, lai virtuves blenderis jauda nav mazāka par 400 W, un sekot, ko Īrijas fiziķi izstrādājuši metodi.

Kā ražot graphene mājās? Šim nolūkam miksera kauss tika izliets ar 500 ml ūdens, pievienojot 10-25 ml jebkuru šķidru mazgāšanas līdzekli un 20-50 gramus sasmalcinātas šīfera. Tālāk ierīce būtu jāvada no 10 minūtēm līdz pusstundas līdz izskatu suspensiju Graphene pārslas. Iegūtais materiāls būs liela vadītspēja, kas ļautu tās izmantošanu elektrodiem saules šūnas. Graphene arī var uzlabot īpašības plastmasas ražots vietējā vidē.

oksīds nanomateriāls

Scientists aktīvi meklē informāciju un ir pievienots graphene struktūra, piemēram, ka iekšpusē vai uz malām oglekļa sietu vai skābekli saturošu funkcionālo grupu (s) no molekulas. Šī cietā Nano-oksīds un kas ir pirmais divdimensiju attēlu, kas ir sasnieguši posmu rūpnieciskai ražošanai. No nano- un mikrodaļiņu šīs struktūras zinātnieki centimetru paraugus ražoti.

Tādējādi graphene oksīds kopā ar oglekļa diofilizirovannym nesen tika iegūta Ķīnas zinātnieki. Tas ir ļoti viegls materiāls centimetru kubs, kas notiek uz ziedlapiņām nelielu ziedu. Bet šī jaunā viela, kurā graphene oksīds ir viens no visvairāk cieta pasaulē.

biomedicīnas pieteikumi

Graphene oksīds ir unikāls īpašums selektivitāti. Tas ļaus viela atrast biomedicīnas pieteikumu. Tātad, pateicoties darbam zinātniekiem bija iespējams izmantot Graphene oksīdu par vēža diagnozi. Atklāt vēzi agrīnā stadijā tās attīstības ļauj unikālas optiskās un elektriskās īpašības nanomateriāla.

Arī graphene oksīds ļauj mērķtiecīgu piegādi narkotiku un diagnostiku. Pamatojoties uz šo materiālu ir sorbcijas biosensoros, norādot uz DNS molekulas.

rūpnieciskie lietojumiem

Various sorbentu, pamatojoties uz Graphene oksīda var piemērot inficētajiem dezaktsivatsii dabas un cilvēka veidotu objektu. Galējā aktīvas nanomateriāla var apstrādāt gruntsūdeņu un virszemes ūdeņu, augsnes un ieskaita tos no radionuklīdu.

Filtri no Graphene oksīdu var sniegt superchistotoy telpas, kas ražo elektroniskos komponentus īpašām vajadzībām. Unikālās īpašības šo materiālu būs iekļūt smalku ķīmisko sfēra tehnoloģiju. Jo īpaši, tas var būt ieguve radioaktīvo retiem un reto metālu. Tādējādi, izmantojot Graphene oksīda ļauj iegūt zeltu no zemas kvalitātes rūdu.