Grafena i njegove primjene. Otkriće grafena. Nanotehnologija u modernom svijetu

Relativno nedavno u znanosti i tehnologije je novo područje, zove nanotehnologije. Izgledi za ova disciplina nije samo ogromna. Oni su ambiciozni. Čestica, naziva "nano" je vrijednost jednaka milijarditi od djelić bilo koju vrijednost. Ove veličine se može porediti samo do veličine atoma i molekula. Na primjer, nanometar se naziva jedan milijarditi deo metra.

Glavni pravac nove oblasti nauke

Nanotehnologija pozvao one koji manipuliraju obzira na nivou molekula i atoma. Stoga, ova oblast nauke se naziva i molekularne tehnologije. Kakav je bio poticaj za njegov razvoj? Nanotehnologija u modernom svijetu su se pojavili zahvaljujući predavanja Richarda Feynmana. U njemu je naučnik dokazao je da ne postoje prepreke za stvaranje stvari direktno iz atoma.

Sredstva za efikasnu manipulaciju sitnih čestica zove monter. Ova molekularna nanomašinu, koji se može koristiti za izgradnju bilo koje strukture. Na primjer, monter može nazvati prirodnim Ribozom sintezu proteina u živim organizmima.

Nanotehnologija u modernom svijetu nisu samo jedno područje stručnosti. Oni predstavljaju širok spektar istraživanja u direktnoj vezi sa mnogim fundamentalnih nauka. Među njima su i fizike, kemije i biologije. Prema mišljenju naučnika, ovih nauka će imati najsnažniji poticaj za razvoj u kontekstu narednim nanotehnologije revolucije.

sfere primjene

Navesti sve sfere ljudskog djelovanja, gdje nanotehnologija se koristi danas, to je nemoguće jer je vrlo impresivnu listu. Dakle, uz pomoć ovog polja nauke se proizvode:

- uređaji za supergusta snimanje sve informacije;
- razne opreme;
- senzore, solarne ćelije, tranzistora poluvodiča;
- informacije, informatike i računarstva;
- nanoimprint i nanolithography;
- uređaji za skladištenje energije, i gorivne ćelije;
- odbrana, prostor i avijacija aplikacija;
- bioinstrumentary.

Na ovoj naučne oblasti nanotehnologije u Rusiji, SAD, Japan i nekoliko europskih zemalja s više sredstava izdvaja se svake godine. To je zbog ogromne izglede za razvoj ove oblasti istraživanja.

Nanotehnologija se razvija u Rusiji prema podacima Federalnog ciljni program, koji pruža ne samo velike financijske troškove, ali i nosi veliku količinu dizajn i istraživačkih radova. Da bi se ostvarili ciljevi će se ujediniti napore različitih naučnih i tehnoloških sistema na nivou nacionalnih i multinacionalnih korporacija.

novi materijal

Nanotehnologija su omogućili naučnicima da se proizvede ugljen ploča teže nego dijamant čija debljina je samo jedan atom. Sastoji se od grafena. To je najtanji i najjači materijal u svemiru, koji prenosi električnu energiju mnogo bolje nego silikonskih čipova.

Otkriće grafena je pravi revolucionarni događaj, koji će omogućiti mnogo promjena u našim životima. Ovaj materijal je tako jedinstvena fizička svojstva koja u osnovi mijenja ljudsku prirodu stvari i tvari.

Povijest otkrića

Grafen je dvodimenzionalni kristal. Njegova struktura je šestouglom rešetke koja se sastoji od atoma ugljika. Teorijskim studijama grafena počeo dugo pre nego što je njegovo pravo dizajna, s obzirom da je ovaj materijal je osnova za izgradnju trodimenzionalni grafit kristala.

Čak 1947. G. P. Volles on ima neka svojstva grafena, dokazujući da je njegova struktura je slična metala, a neke karakteristike slične onima ultra-relativistički čestice, neutrini i bez mase fotona. Međutim, novi materijal postoje određene značajne razlike koje ga čine jedinstvenim u svojoj prirodi. Ali potvrdu ovih nalaza dobijen je tek 2004. godine, kada je Konstantin Novoselov i Andrey Geim je prvi put dobijen ugljen u slobodnom stanju. Ova nova supstanca zove se grafen, a bio je i veliko otkriće naučnika. Pronađi ovu stavku mogu biti u olovku. Njegova grafita štap se sastoji od više slojeva grafena. Kako olovka ostavlja trag na papiru? Činjenica je da, bez obzira na snagu osnovne komponente slojeva, postoji vrlo slaba karika između njih. Oni su vrlo lako pasti u kontaktu sa papira, ostavljajući trag u pisanom obliku.

Koristeći novi materijal

Prema naučnicima, senzori koji se zasnivaju na grafen, biti u stanju analizirati snagu i stanje aviona, kao i predvidjeti potrese. Ali samo kada je materijal sa takvim svojstvima će napustiti zapanjujuće zidu laboratorija postalo jasno praktičnu primjenu će se razvijati u smjeru supstance. U današnje dan, kemičara, fizičara i elektroinženjera su već zainteresirani za jedinstvene mogućnosti grafena. Nakon samo nekoliko grama supstance mogu biti pokrivena teritorija, što je jednako kao nogometno igralište.

Grafena i njegova primjena mogla uzeti u obzir u proizvodnji laganih satelite i avione. U ovom području, novi materijal može zamijeniti vlakna ugljen u kompozitnih materijala. Nanomaterijali se može koristiti umjesto silicija tranzistora i njegova implementacija u plastičnim dati električnu provodljivost.

Grafena i njegova upotreba se smatraju u proizvodnji pitanjima senzora. Ovi uređaji se formiraju na osnovu najnovijih materijala će biti u mogućnosti da otkrije najopasniji molekula. Ali korištenje Nano-prah u proizvodnji električne baterije ponekad da povećaju svoju efikasnost.

Grafena i njegova primjena se raspravlja u optoelektronici. Od novih materijal će ispasti vrlo lagane i izdržljive plastike iz koje će posude omogućiti nekoliko tjedana kako bi svježe hrane.

Korištenje grafena i očekuje se da će proizvodnja transparentan provodni premaz potrebno za monitore, solarnih panela i jači i otporniji na mehanička efekte vjetroturbina.

Zasnovan nanomaterijalom će imati bolje sportske opreme, medicinskih implantata i superkondenzatorima.

Također, grafena i njegove primjene od značaja za:

- visoke frekvencije velike snage elektronski uređaji;
- umjetni membrana koja razdvaja dvije tekućine u rezervoaru;
- poboljšanje svojstva provodljivosti različitih materijala;
- stvaranje prikazom na Organic Light Emitting Diode;
- ubrzani razvoj novih tehnika DNK sekvenciranja;
- poboljšanje tečnih kristala;
- balistički tranzistora.

Primjenu u automobilskoj industriji

Prema istraživačima, specifična energija prilazi grafena 65 kWh / kg. Ova brojka je 47 puta veća od one koji su toliko uobičajene danas litij-ionske baterije. Ova činjenica, naučnici su koristili za stvaranje nove generacije punjača akumulatora.

Grafena polimer baterija - uređaj kojim maksimalne električne energije efikasno zadržavaju. Trenutno, rad na njemu vrši istraživači u mnogim zemljama. Značajan napredak postignut španski naučnici u ovom pitanju. Grafena-polimer baterija, oni su stvorili ima potrošnju energije, na stotine puta veće od sličnog figura za postojeće baterije. Koriste se za opremanje vozila na električni pogon. Mašine, koja je instalirana grafen baterija, mogu putovati bez zaustavljanja hiljade kilometara. Da biste napunili izvor električne energije kada iscrpljenost ne treba više od 8 minuta.

touchscreens

Naučnici i dalje istražuju grafen, stvarajući nove i bez premca stvari. Dakle, ugljen nanomaterijalom je našao svoju primjenu u proizvodnji koja se bavi proizvodnjom ekrana osjetljivih na dodir sa širokim ekranom. Termin se može pojaviti i fleksibilan uređaj ovog tipa.

Naučnici dobio grafena list je pravokutnog oblika i pretvorio ga u prozirnu elektroda. On je također učestvovao u radu zaslon osjetljiv na dodir, uvelike smanjuje trajnost, transparentnost, fleksibilnost, ekološke i niskih troškova.

dobivanje grafena

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

- mehanički piling;
- rast epitaksijalni u vakuumu;
- hlađenje perofaznogo kemijske (KVB-proces).

Prvi od ova tri načina je najjednostavnije. proizvodnja grafena sa mehaničkim pilingom je posebna primjena grafita na ljepilo površine ljepljivom trakom. Nakon ovog temelja, kao list papira, početi savijati i ispraviti, odvajajući željeni materijal. Kada se primjenjuje ova metoda grafena dobiti najviše kvalitete. Međutim, takve akcije nisu pogodne za masovnu proizvodnju nanomaterijala.

Kada metodom epitaksijalni rasta tankih silicija koriste, površinski sloj koji je silicij karbida. Osim toga, ovaj materijal se zagrijava na vrlo visoke temperature (1000 K). Kao rezultat kemijskih reakcija je odvojena od atoma silicijuma atoma ugljika, od kojih je prvi ispari. Kao rezultat toga, zapis ostaje čisti grafen. Nedostatak ove metode je potreba za korišćenjem vrlo visoke temperature, koje se može javiti pri izgaranju atoma ugljika.

Najpouzdaniji i jednostavna metoda koja se koristi za masovnu proizvodnju grafena, a KVB-proces. To je metoda u kojoj se kemijske reakcije između katalizatora i ugljikovodika gasova metalnim premazom.

Koja se bavi proizvodnjom grafen?

Do danas je najveća kompanija, proizvodi novu nanomaterijalom se nalazi u Kini. Naziv proizvođača - Ningbo Morsh tehnologije. proizvodnja grafena su počeli 2012. godine.

Glavni potrošač nanomaterijalom je kompanija Chongqing Morsh tehnologije. Grafena ga koristi za proizvodnju provodne transparentan filmova, koji se ubacuju u ekran osjetljiv na dodir.

Relativno nedavno, dobro poznata kompanija Nokia je izdala patent na senzor slike. Kao dio ovog prijeko potrebno je nekoliko slojeva grafena optički element instrumenta. Takav materijal koji se koristi u senzore kamere značajno povećava njihovu osjetljivost (do 1000 puta). U isto vrijeme poštovati smanjenje potrošnje električne energije. Dobra kamera za smartphone će sadržati grafen.

Priprema domaćem okruženju,

Da li je moguće proizvesti grafena kod kuće? Ispostavilo se, da! Samo je potrebno da se kuhinja blender kapaciteta ne manje od 400 W, i pratite metodu koju je razvio irski fizičari.

Kako je proizvesti grafena kod kuće? Za tu svrhu blender kup je uloženo 500 ml vode dodavanjem 10-25 ml tečne deterdžente i 20-50 grama lomljenog škriljca. Dalje uređaj treba trajati od 10 minuta do pola sata, dok se ne pojave na cisterne grafena pahuljica. Rezultirajući materijal će imati visoku provodljivost koja bi omogućila njegovo korištenje u elektroda solarnih ćelija. Grafena također može poboljšati svojstva plastične proizvode u domaćem okruženju.

oksid nanomaterijalom

Naučnici aktivno istraživanje i strukture grafena tako da unutar ili na rubovima ugljen mreže pričvršćen ili sadrže kiseonik funkcionalnih grupa (e) molekula. Ova čvrsta Nano-oksid od kojih je prvi dvodimenzionalna slika, koji su dostigli fazi komercijalne proizvodnje. Od nano i mikročestica ove strukture naučnici centimetra uzoraka proizvedenih.

Dakle, grafen oksida u kombinaciji sa ugljen diofilizirovannym je nedavno dobijen kineski naučnici. Ovo je vrlo laganog materijala centimetar kocka koja se održava na latice malog cvijeta. Ali ovaj novi supstancu, u kojoj je grafen oksida je jedan od najčvršći u svijetu.

biomedicinske aplikacije

Grafen oksida ima jedinstvena nekretnina selektivnosti. To će omogućiti supstanca pronaći biomedicinskim aplikacija. Dakle, zahvaljujući radu naučnika bilo moguće koristiti grafen oksida za dijagnozu raka. Otkrivanje raka u ranoj fazi razvoja omogućavaju jedinstvene optička i električna svojstva nanomaterijalom.

Također grafen oksida omogućava ciljanu dostavu lijekova i dijagnostike. Na osnovu ovog materijala su sorpcije biosenzore, ukazujući na DNK molekula.

industrijske aplikacije

Razni upijača na bazi grafena oksid može se primijeniti na zaraženim dezaktsivatsii prirodnih i vještačkih objektima. A cut aktivnih nanomaterijalom može procesuirati podzemnih i površinskih voda, tla i čišćenje ih iz radionuklida.

Filteri od grafena oksida može pružiti superchistotoy prostorije, koja proizvodi elektronske komponente za posebne aplikacije. Jedinstveni svojstva ovog materijala će prodrijeti u fino kemijske sferu tehnologije. Konkretno, to može biti vađenje radioaktivnog razbacanih i rijetkih metala. Dakle, korištenje grafena oksida omogućava da ekstrakt zlata iz ruda niskog razreda.