Graphene in njegova uporaba. Odkritje plasti grafena. Nanotehnologija v sodobnem svetu

Pred kratkim v znanost in tehnologijo je novo področje, ki se imenuje nanotehnologija. Obeti za te discipline ni ravno velika. So ambiciozni. Delec, ki se imenuje "nano" je vrednost enaka ena milijardinke frakcijo katerekoli vrednosti. Te velikosti lahko primerja samo z velikostjo atomov in molekul. Na primer, je nanometer imenuje ena milijardinka metra.

Glavna smer novega področju znanosti

Nanotehnologija imenujemo tiste, ki manipulirajo zadevo na ravni molekul in atomov. Zato je to področje znanosti imenuje tudi molekularne tehnologije. Kakšna je bila spodbuda za njen razvoj? Nanotehnologija v sodobnem svetu so se pojavili po zaslugi predavanja Richarda Feynmana. V njej je znanstvenik dokazal, da ni nobenih ovir za ustvarjanje stvari neposredno iz atomov.

Sredstva za učinkovito manipulacijo drobnih delcev, imenovanih monter. Ta molekulska nanomachine, ki se lahko uporablja za izgradnjo vsako strukturo. Na primer, lahko monter se imenuje naravna ribosome sintezo beljakovin v živih organizmih.

Nanotehnologija v sodobnem svetu niso samo eno strokovno področje. Predstavljajo široko področje raziskav neposredno povezana s številnimi temeljnih znanosti. Med njimi so fizika, kemija in biologija. Po mnenju znanstvenikov, bodo te vede so najbolj močan zagon razvoju v luči prihajajoče nanotehnološkega revolucije.

področje uporabe

Seznam vseh področij človekovega delovanja, kjer se uporablja nanotehnologija danes je to nemogoče, ker je zelo impresivno seznam. Torej, s pomočjo tega področja znanosti se proizvajajo:

- naprave za superdense snemanje vse informacije;
- različne opreme;
- senzorji, sončne celice, polprevodniški tranzistorji;
- informacije, računalništvo in informacijske tehnologije;
- nanoimprint in nanolitografija;
- naprave za shranjevanje energije in gorivne celice;
- obrambe, vesolja in letalski aplikacije;
- bioinstrumentary.

Na tem znanstvenem področju nanotehnologije v Rusiji, ZDA, na Japonskem in v nekaterih evropskih državah, ki imajo več sredstev se letno nameni. To je zaradi velike možnosti za razvoj tega področja raziskav.

Nanotehnologija se razvija v Rusiji v skladu z zvezno ciljnega programa, ki zagotavlja ne le velike finančne stroške, ampak tudi nosi veliko načrtovanja in raziskovalnih del. Za dosego ciljev, ki gredo združiti prizadevanja različnih znanstvenih in tehnoloških sistemov na ravni nacionalnih in multinacionalnih korporacij.

nov material

Nanotehnologija Omogočili znanstveniki, da dobimo ogljikove plošče težje kot diamant S debelina je samo en atom. Sestoji iz grafena. To je najtanjši in najmočnejši material v vesolju, ki oddaja električno energijo veliko boljši od silicija računalniških čipov.

Odkritje grafena je resnično revolucionaren dogodek, ki bo omogočal veliko spremembo v našem življenju. Ta material je tako edinstvene fizikalne lastnosti, ki bistveno spreminja človeško naravo stvari in snovi.

Zgodovina odkritja

Graphene je dvodimenzionalen kristal. Njegova sestava je šesterokotna rešetke sestavljen iz ogljikovih atomov. Teoretične študije grafena začela dolgo, preden bo svoje prave motive, ker ta material je osnova za izgradnjo tridimenzionalni grafitni kristal.

Tudi v 1947 G. P. Volles ima nekatere lastnosti grafena, ki dokazuje, da je njena struktura podobna kovine in nekatere lastnosti, podobne tistim od ultra-relativističen delcev, nevtrinov in brezmasne fotonov. Vendar pa je novi material obstajajo nekatere pomembne razlike, zaradi katerih je edinstven v svoji naravi. Toda potrditev teh ugotovitev pridobljeno šele leta 2004, ko je Konstantin Novoselov in Andrey Geim je najprej pridobljen z ogljikom v prostem stanju. Ta nova snov se imenuje Graphene, in je bil velik odkritje znanstvenikov. Poišči ta element je lahko s svinčnikom. Njena grafit palica je sestavljena iz več plasti grafena. Kako svinčnik pusti pečat na papirju? Dejstvo je, da je kljub trdnosti temeljnih sestavin plasti zelo šibka povezava med njima. So zelo enostavno, da sodijo v stiku s papirjem, pušča sled v pisni obliki.

Uporaba novega materiala

Po mnenju znanstvenikov so senzorji, ki temeljijo na plasti grafena, biti sposoben analizirati moč in stanje letala, kot tudi za napovedovanje potresov. Vendar le, če bo material s takimi lastnostmi pustite postane osupljive stenske laboratoriji jasno, da bo praktična uporaba razvijala v smeri snovi. Ob tem dnevu, kemiki, fiziki in elektro inženirji so že zanima edinstvenih sposobnosti plasti grafena. Ko se le nekaj gramov snovi lahko pokriva območje, ki je enako nogometnega igrišča.

Graphene in njegova uporaba lahko šteje za proizvodnjo lahkih satelitov in letal. Na tem področju lahko novi material nadomestiti ogljikovih vlaken v kompozitnih materialih. Nanomateriali se lahko uporabijo namesto silicijevih tranzistorjev in njegovo izvajanje v plastiko njeno električno prevodnost.

Graphene in njegova uporaba se šteje v proizvodnji zadeve senzorja. Te naprave so oblikovani na podlagi najnovejših materiala bodo mogli odkriti najbolj nevarno molekulo. Toda uporaba Nano delci v proizvodnji električnih baterij v času povečati njihovo učinkovitost.

Graphene in njegova uporaba se razpravlja v optoelektronike. Novega materiala se bo izkazalo, zelo lahke in trpežne plastike, iz katere bodo zabojniki omogočal nekaj tednov, da hrano svež.

Uporaba Graphene in je predviden za izdelavo prozorno prevodno oblogo, potrebne za monitorje, sončne celice in močnejša in bolj odporna na mehanske učinke vetrnih turbin.

Na podlagi nanomateriale bodo imeli boljše športne opreme, medicinske vsadke in supercapacitors.

Tudi, Graphene in njegova vloga pomembna za:

- visoke frekvence zmogljive elektronske naprave;
- umetna membrana, ki ločuje dve tekočino v rezervoarju;
- izboljšanje prevodne lastnosti različnih materialov;
- oblikovanje prikaza na organske svetleče diode;
- pospešen razvoj novih tehnik zaporedja DNK;
- izboljšanje prikazovalnikov s tekočimi kristali;
- balistične tranzistorji.

Uporaba v avtomobilski industriji

Po mnenju raziskovalcev je posebna energija približa grafena 65 kWh / kg. Ta številka je 47-krat višji od tistega, ki so tako pogosti danes litij-ionskih baterij. To dejstvo so znanstveniki uporabljajo za ustvarjanje nove generacije polnilnikov baterij.

Graphene polimer baterija - naprava, s pomočjo katere učinkovito zadrži največja električna moč. Trenutno se dela na njem izvajajo raziskovalci v številnih državah. Pomemben napredek je dosežen španski znanstveniki na tem področju. Graphene-polimer baterija, so ustvarili ima porabo energije, stokrat večja od kar je podobno za obstoječe baterije. Uporabljajo ga opremiti električnih vozil. Stroj, ki je nameščen grafena baterijo, lahko potujejo brez ustavljanja na tisoče kilometrov. Za polnjenje električnega vira energije, ko bo izčrpanost ki jih ne potrebujete več kot 8 minut.

zaslon na dotik

Znanstveniki še vedno raziskujejo plasti grafena, ki ustvarja nove in enkratnih stvari. Tako je ogljikov nanomateriale našel njeno uporabo v proizvodnji, ki proizvaja zaslone na dotik s širokim zaslonom. Izraz se lahko pojavijo in prilagodljiva naprava te vrste.

Znanstveniki dobil Graphene stanja je pravokotne oblike in ga spremenila v prozorno elektrodo. Prav tako je sodeloval pri delu zaslona na dotik, kar močno zmanjša trajnost, preglednost, fleksibilnost, prijaznosti do okolja in nizke stroške.

pridobitev Graphene

Od leta 2004, ko je bila odprta najnovejše nanomateriale, so znanstveniki obvlada številne metode za njegovo pripravo. Vendar pa velja za najbolj osnovno od teh načinov:

- mehansko luščenje;
- epitaksijsko rast v vakuumu;
- hlajenje perofaznogo kemikalijo (CVD-postopek).

Prvi od teh treh načinov je najbolj preprosta. Proizvodnja Graphene z mehanskim pilingom je posebna aplikacija grafita na lepilno površino lepilnega traku. Po tej osnovi, kot list papirja, začnejo upogibati in Popušten, ločevanje želeni material. Pri uporabi te metode Graphene pridobitev najvišje kakovosti. Vendar pa ti ukrepi niso primerni za množično proizvodnjo nanomaterialov.

Pri uporabi metode epitaksialno rastjo tankih silicijevih rezin uporabljamo, površinske plasti, ki je silicijev karbid. Nadalje se ta material segrevali pri zelo visoki temperaturi (1000 K). Ker je posledica kemijskih reakcij ločimo izmed atomov silicijevih atomov ogljika, od katerih je prva upari. Kot rezultat, rekord je še vedno čisto Graphene. Slabost te metode je potreba po uporabi zelo visoke temperature, ki se lahko pojavijo pri gorenju ogljikovih atomov.

Najbolj zanesljiva in enostavna metoda za masovno proizvodnjo Graphene, ki CVD-procesa. To je metoda, pri kateri kemična reakcija med-kovino prevlečenih katalizatorskih in plinastih ogljikovodikov.

Ki proizvaja grafena?

Do danes je največje podjetje, proizvaja nove nanomateriale se nahaja na Kitajskem. Ime proizvajalca - Ningbo Morsh tehnologija. Proizvodnja Graphene so začeli leta 2012.

Glavni porabnik nanomateriala je družba Chongqing Morsh tehnologija. Graphene ga uporabljajo za izdelavo prevodnih preglednih filmov, ki se vstavlja v zaslonu na dotik.

Pred kratkim, je dobro znano podjetje Nokia izdal patent o slikovnega senzorja. Kot del tega prepotrebno je nekaj plasti grafena optičnih instrumentov elementa. Takšen material, uporabljen v senzorji kamer močno poveča njihovo občutljivost (do 1000-krat). Hkrati je opaziti zmanjšanje porabe električne energije. Dober fotoaparat za pametni telefon vsebuje tudi plasti grafena.

Priprava domačem okolju,

Ali je mogoče proizvajati grafena doma? Izkazalo se je, ja! Samo je treba vzeti mešalnik zmogljivosti kuhinji, ki ni manjša od 400 W in sledite metodo irskih fizikov razvit.

Kako se pripraviti grafena doma? V ta namen je mešalnik skodelico nalije 500 ml vode, z dodatkom 10-25 ml koli tekočega detergenta in 20-50 gramov zdrobljenega skrilavca. Nadalje je treba napravo traja od 10 minut do pol ure, dokler se ne pojavi suspenziji Graphene kosmičev. Nastali material bo imel visoko prevodnost, ki bi omogočala njegovo uporabo v elektrodama sončnih celic. Graphene lahko tudi izboljšanje lastnosti umetnih snovi, proizvedene v domačem okolju.

nanomaterial oksid

Znanstveniki aktivno raziskave in Graphene konstrukcija taka, da v notranjosti ali na robovih ogljikovega mreže vezan ali kisik vsebujoče funkcionalne skupine (i) molekulo. Ta trdna Nano-oksid, ki je prvi dvodimenzionalne slike, ki so dosegle stopnjo komercialno proizvodnjo. Od nano- in mikrodelcev te strukture znanstveniki centimeter vzorce proizvedene.

Tako je bil Graphene oksid v kombinaciji z ogljikovim diofilizirovannym nedavno pridobljeni kitajski znanstveniki. To je zelo lahek material, centimeter kocka, ki je potekala na cvetni listi majhne rože. Toda ta nova snov, v kateri je Graphene oksid je ena izmed najbolj trden na svetu.

biomedicinskih aplikacij

Graphene oksid ima edinstveno lastnost selektivnosti. To bo omogočilo, da snov, da bi našli biomedicinske aplikacije. Torej, hvala za delo znanstvenikov je mogoče uporabiti grafena oksid za diagnozo raka. Odkrivanje raka v zgodnji fazi svojega razvoja omogočajo edinstvene optične in električne lastnosti nanomaterialov.

Tudi Graphene oksid omogoča ciljano dostavo zdravil in diagnostike. Na osnovi tega materiala so sorpcijske biosenzorji, kaže na molekulo DNA.

industrijske aplikacije

Različne pivniki temeljijo na Graphene oksida se lahko uporabi za okuženih dezaktsivatsii naravnih in sintetičnih predmetov. Znižanje aktivne nanomateriala mogoče obdelati podtalnice in površinske vode, tal in jih obračuna z radionuklidom.

Filtri iz grafena oksida lahko zagotovi superchistotoy prostore, ki proizvaja elektronske komponente za posebne namene. Edinstvene lastnosti tega materiala bo prodrla v finim kemične sfere. Zlasti je to lahko izvlečenje radioaktivnih razpršene in redke kovine. Tako je uporaba plasti grafena oksida omogoča pridobivanje zlata iz nizke stopnje rude.