Grafeen en die toepassing daarvan. Die ontdekking van grafeen. Nanotegnologie in die moderne wêreld

Relatief onlangs in Wetenskap en Tegnologie is 'n nuwe gebied, genaamd nanotegnologie. Vooruitsigte vir hierdie dissipline is nie net groot. Hulle is ambisieus. Die deeltjie, waarna verwys word as "nano" is nie 'n waarde gelyk aan 'n miljardste van 'n fraksie van 'n waarde. Hierdie groottes kan slegs in vergelyking met die grootte van atome en molekules. Byvoorbeeld, is 'n nanometer bekend as die een-biljoenste van 'n meter.

Die belangrikste rigting van die nuwe veld van die wetenskap

Nanotegnologie genoem diegene wat die saak te manipuleer op die vlak van molekules en atome. Daarom is hierdie gebied van die wetenskap ook 'n beroep molekulêre tegnologie. Wat was die stukrag vir die ontwikkeling daarvan? Nanotegnologie in die moderne wêreld verskyn het danksy die lesings Richarda Feynmana. In dit die wetenskaplike bewys dat daar is geen struikelblokke tot die skepping van dinge direk uit die atome.

Beteken vir effektiewe manipulasie van klein deeltjies genoem assembler. Hierdie molekulêre Nano, wat gebruik kan word om enige struktuur te bou. Byvoorbeeld, kan die assembler natuurlike ribosoom genoem sintetisering n proteïen in lewende organismes.

Nanotegnologie in die moderne wêreld is nie net 'n enkele gebied van kundigheid. Hulle verteenwoordig 'n wye omvang van navorsing direk verband hou met baie fundamentele wetenskappe. Onder hulle is die fisika, chemie en biologie. Volgens wetenskaplikes, sal hierdie wetenskappe die mees kragtige stukrag aan die ontwikkeling teen die agtergrond van die komende nano rewolusie het.

gebied van toepassing

Lys al die terreine van menslike aktiwiteite, waar nanotegnologie gebruik vandag, is dit onmoontlik as gevolg van die baie indrukwekkende lys. So, met die hulp van hierdie gebied van wetenskap geproduseer word:

- toestelle vir superdense opname enige inligting;
- verskeie toerusting;
- sensors, sonselle, halfgeleier transistors;
- inligting, rekenaar en inligtingstegnologie;
- nanoimprint en nano lithografie;
- toestelle vir die berging van energie, en brandstofselle;
- verdediging, ruimte en vliegtuie programme;
- bioinstrumentary.

Op hierdie wetenskaplike veld van nanotegnologie in Rusland, die VSA, Japan en verskeie Europese lande met meer befondsing is elke jaar toegeken. Dit is te danke aan die groot vooruitsigte vir die ontwikkeling van hierdie gebied van navorsing.

Nanotegnologie is die ontwikkeling in Rusland volgens die Federale teiken program, wat nie net 'n groot finansiële koste verskaf, maar ook met 'n groot hoeveelheid van die ontwerp en navorsing werke. Om die doelwitte te gaan na die pogings van verskeie wetenskaplike en tegnologiese stelsels te verenig op die vlak van nasionale en multinasionale korporasies te bereik.

nuwe materiaal

Nanotegnologie het wetenskaplikes in staat gestel om 'n koolstof plaat produseer harder as diamant waarvan die dikte is slegs een atoom. Dit bestaan uit grafeen. Dit is die dunste en sterkste materiaal in die heelal, wat elektrisiteit veel stuur beter as silikon rekenaar chip.

Die ontdekking van grafeen is 'n ware revolusionêr gebeurtenis, wat veel verandering in ons lewens sal toelaat. Hierdie materiaal is so uniek fisiese eienskappe wat die menslike aard van die saak en stowwe fundamenteel verander.

Geskiedenis van die ontdekking

Grafeen is 'n twee-dimensionele kristal. Die struktuur is 'n seskantige rooster bestaan uit koolstofatome. Teoretiese studies van grafeen begin lank voordat jy sy ware ontwerpe, aangesien hierdie materiaal is die basis vir die bou van 'n drie-dimensionele grafiet kristal.

Selfs in 1947 G. P. Volles het hy 'n paar eienskappe van grafeen, om te bewys dat sy struktuur is soortgelyk metale, en 'n paar eienskappe soortgelyk aan dié van die ultra-relatiwistiese deeltjies, neutrino's en massalose fotone. Maar die nuwe materiaal is daar sekere beduidende verskille wat dit uniek in sy aard maak. Maar bevestiging van hierdie bevindinge is verkry net in 2004, toe Konstantin Novoselov en Andrey Geim eerste is verkry deur die koolstof in die Vrystaat. Hierdie nuwe stof genoem grafeen, en was 'n groot ontdekking wetenskaplikes. Vind hierdie item kan wees met 'n potlood. Sy grafiet stok bestaan uit verskeie lae van grafeen. Hoe kan 'n potlood laat 'n merk op die papier? Die feit is dat, ten spyte van die krag van die kernkomponente van die lae, daar is 'n baie swak skakel tussen hulle. Hulle is baie maklik om te val in kontak met die papier, laat 'n spoor in skryfwerk.

Die gebruik van die nuwe materiaal

Volgens wetenskaplikes, die sensors wat gebaseer is op grafeen, in staat wees om die krag en toestand van die vliegtuig analiseer, asook om aardbewings te voorspel. Maar net vir die materiaal met sulke eienskappe sal verlaat pragtige muur laboratoriums word duidelik praktiese toepassing sal ontwikkel in die rigting van die stof. Op die oomblik dag, aptekers, fisici en elektriese ingenieurs is reeds belangstel in die unieke vermoëns van grafeen. Na net 'n paar gram van die stof kan gedek gebied, wat gelyk is aan 'n sokker veld.

Grafeen en die toepassing daarvan potensieel beskou in die vervaardiging van liggewig satelliete en vliegtuie. In hierdie gebied is, kan die nuwe materiaal te vervang die koolstof vesel in die saamgestelde materiale. Nanomateriale kan gebruik word in plaas van silikontransistors en die implementering daarvan in plastiek gee dit elektriese geleiding.

Grafeen en die gebruik daarvan word beskou as in sake sensor vervaardiging. Hierdie toestelle word gevorm op die basis van die nuutste materiaal kan die gevaarlikste molekule te spoor sal wees. Maar die gebruik van Nano-poeiers in die vervaardiging van elektriese batterye by tye hul doeltreffendheid te verhoog.

Grafeen en die toepassing daarvan word bespreek in opto-elektroniese. Van die nuwe materiaal sal op sy beurt uit baie liggewig en duursame plastiek waaruit die houers in staat sal stel vir 'n paar weke om kos vars te hou.

Die gebruik van grafeen en sal na verwagting 'n deursigtige geleidende coating wat nodig is vir monitors, sonpanele en vervaardig 'n sterker en meer bestand teen meganiese effekte van wind turbines.

Gebaseer nanomaterial sal 'n beter sporttoerusting, mediese inplantings en superkapasitors '.

Ook, grafeen en die toepassing daarvan relevant is vir:

- 'n hoë-frekwensie hoë-krag elektroniese toestelle;
- kunsmatige membraan skei twee vloeistof in die tenk;
- die verbetering van die geleiding eienskappe van verskillende materiale;
- die skep van 'n vertoning op die organiese liguitstralende diode;
- versnelde ontwikkeling van nuwe tegnieke van DNA volgorde;
- verbetering van vloeibare kristal vertoon;
- ballistiese transistors.

Die gebruik in die motorbedryf

Volgens navorsers, die spesifieke energie benader die grafeen 65 kWh / kg. Hierdie syfer is 47 keer hoër as die een wat so algemeen is deesdae litium-ioon-batterye. Hierdie feit, wetenskaplikes gebruik om 'n nuwe generasie van batterylaaiers skep.

Grafeen polimeer battery - die toestel deur middel waarvan die maksimum elektriese krag doeltreffend behou. Op die oomblik is die werk op dit wat deur navorsers uitgevoer in baie lande. Beduidende vordering bereik Spaanse wetenskaplikes in hierdie saak. Grafeen-polimeer battery, hulle geskep het energieverbruik, honderde kere groter is as 'n soortgelyke figuur vir bestaande batterye. Hulle gebruik dit om elektriese voertuie toe te rus. Die masjien, wat geïnstalleer grafeen battery, kan reis sonder om te stop duisende kilometers. Om die elektriese energiebron toe uitputting nie meer benodig as 8 minute herlaai.

aanraak

Wetenskaplikes voortgaan om grafeen verken, 'n nuwe en ongekende dinge. So het die koolstof nanomaterial die toepassing daarvan in die produksie wat raakskerms produseer met 'n wye skerm gevind. Die term kan verskyn en buigsaam toestel van hierdie tipe.

Wetenskaplikes het 'n grafeen vel is reghoekig in vorm en omskep dit in 'n deursigtige elektrode. Hy het ook deelgeneem aan die werk van die touch screen, die duursaamheid, deursigtigheid, buigsaamheid, omgewingsvriendelikheid en 'n lae koste aansienlik verminder.

die verkryging van grafeen

Sedert 2004, toe dit oopgemaak die nuutste nanomateriale, het wetenskaplikes 'n aantal metodes vir sy voorbereiding bemeester. Maar die mees basiese van hierdie maniere beskou:

- meganiese afskilfering;
- groei epitaksiale in vakuum;
- koel perofaznogo chemiese (CVD-proses).

Die eerste van hierdie drie metodes is die mees eenvoudige. grafeen produksie met meganiese afskilfering is 'n spesiale toepassing van grafiet aan die gom oppervlak van kleefband. Na hierdie fondament, soos 'n vel papier, begin om te buig en plooi, skei die verlangde materiaal. By die toepassing van hierdie metode grafeen verkry die hoogste gehalte. Maar sulke optrede is nie geskik vir massaproduksie van nanomateriale.

By die gebruik van die metode van epitaksiale groei van dun silikon wafers gebruik word, die oppervlak laag wat silikonkarbied. Verder is hierdie materiaal verhit op 'n baie hoë temperatuur (1000 K). As gevolg van chemiese reaksies is geskei van die silikonatome koolstofatome, waarvan die eerste verdamp. As gevolg hiervan, die rekord bly suiwer grafeen. Die nadeel van hierdie metode is die noodsaaklikheid van die gebruik van 'n baie hoë temperature, wat kan voorkom tydens verbranding van koolstof atome.

Die mees betroubare en eenvoudige metode wat gebruik word vir die massa-produksie van grafeen, 'n CVD-proses. Dit is 'n metode waarin die chemiese reaksie tussen die metaal bedek katalisator en koolwaterstof gasse.

Wat lei tot grafeen?

Tot op datum, die grootste maatskappy, produseer 'n nuwe nanomaterial is geleë in China. Die naam van die vervaardiger - Ningbo Morsh Tegnologie. grafeen produksie hulle begin in 2012.

Die belangrikste verbruiker van die nanomaterial is 'n maatskappy Chongqing Morsh Tegnologie. Grafeen gebruik dit vir die produksie van geleidende deursigtige films, wat in die touchscreen vertoon word ingevoeg.

Relatief onlangs, het 'n bekende maatskappy Nokia n patent op die beeld sensor uitgereik. As deel van hierdie broodnodige is 'n paar lae van grafeen optiese instrument element. So 'n materiaal wat gebruik word in die sensors van kameras grootliks verhoog hul sensitiwiteit (tot 1000 keer). Terselfdertyd waargeneem vermindering in elektrisiteitsverbruik. Goeie kamera vir die smartphone sal ook grafeen bevat.

Voorbereiding van 'n plaaslike omgewing,

Is dit moontlik om grafeen produseer by die huis? Dit blyk, ja! Jy hoef net 'n kombuis blender kapasiteit van nie minder nie as 400 W neem, en volg die metode wat ontwikkel is deur die Ierse fisici.

Hoe het grafeen produseer by die huis? Vir hierdie doel is die blender beker skink 500 ml water by te voeg 10-25 ml van enige vloeibare seep en 20-50 gram van die gebreekte lei. Verder die toestel moet uitgevoer word vanaf 10 minute tot 'n halfuur, totdat die verskyning van 'n mis van grafeen flakes. Die gevolglike materiaal sal 'n hoë geleidingsvermoë dat die gebruik daarvan in die elektrodes van sonselle sou toelaat nie. Grafeen kan ook die eienskappe van plastiek vervaardig in die plaaslike omgewing te verbeter.

oksied nanomaterial

Wetenskaplikes aktief na te vors en grafeen struktuur sodanig dat binne of op die rand van die koolstof mesh is aangeheg of suurstofbevattende funksionele groepe (s) van die molekule. Hierdie soliede Nano-oksied waarvan die eerste twee-dimensionele beelde, wat die stadium van kommersiële produksie bereik het. Van nano- en micro van hierdie struktuur wetenskaplikes sentimeter monsters geproduseer.

So, is die grafeen oksied in kombinasie met koolstof diofilizirovannym onlangs verkry deur Chinese wetenskaplikes. Dit is 'n baie ligte materiaal sentimeter kubus wat op die blare van 'n klein blom gehou. Maar hierdie nuwe stof, waarin die grafeen oksied is een van die mees soliede in die wêreld.

biomediese aansoeke

Grafeen oksied het 'n unieke eienskap van selektiwiteit. Dit sal toelaat dat die stof na 'n biomediese toepassing vind. So, te danke aan die werk van wetenskaplikes was dit moontlik om grafeen oksied gebruik vir die diagnose van kanker. Spoor kanker in 'n vroeë stadium van sy ontwikkeling toelaat unieke optiese en elektriese eienskappe van die nanomaterial.

Ook grafeen oksied laat geteikende lewering van dwelms en diagnose. Op grond van hierdie materiaal is sorpsie biosensors, wat dui op die DNA molekule.

industriële toepassings

Verskeie sorbents gebaseer op die grafeen oksied toegepas kan word om die besmette dezaktsivatsii natuurlike en mensgemaakte voorwerpe. A sny van aktiewe nanomaterial kan grondwater en oppervlakwater, grond en hulle skoonmaak van die radionuklied verwerk.

Filters uit grafeen oksied kan superchistotoy perseel, wat elektroniese komponente produseer vir spesiale programme verskaf. Die unieke eienskappe van hierdie materiaal sal deurdring na fyn chemiese gebied tegnologie. In die besonder, kan hierdie onttrekking van radioaktiewe verspreide en skaars metale wees. So, die gebruik van grafeen oksied toelaat om goud uit laegraadse erts te onttrek.