Graphene og dens anvendelse. Opdagelsen af graphene. Nanoteknologi i den moderne verden

Relativt nylig i videnskab og teknologi er et nyt område, der kaldes nanoteknologi. Udsigterne for denne disciplin er ikke bare stort. De er ambitiøse. Partiklen, benævnt "nano" er en værdi svarende til en milliarddel af en brøkdel af nogen værdi. Disse størrelser kan kun sammenlignes med størrelsen af atomer og molekyler. For eksempel er en nanometer kaldes en milliardtedel af en meter.

Den vigtigste retning af det nye inden for videnskab

Nanoteknologi kaldte dem, der manipulerer sagen på niveauet af molekyler og atomer. Derfor er dette område af videnskaben også kaldet molekylær teknologi. Hvad var afsæt for dens udvikling? Nanoteknologi i den moderne verden er dukket takket være forelæsningerne Richarda Feynmana. I det videnskabsmanden har vist, at der ikke er nogen hindringer for oprettelsen af tingene direkte fra atomerne.

Organer til effektiv manipulation af bittesmå partikler kaldet assembler. Denne molekylære nanomachine, som kan bruges til at opbygge enhver struktur. For eksempel kan den assembler kaldes naturlige ribosom syntetisere et protein i levende organismer.

Nanoteknologi i den moderne verden er ikke blot et enkelt område af ekspertise. De repræsenterer en bred vifte af forskning direkte relateret til mange grundlæggende videnskaber. Blandt dem er fysik, kemi og biologi. Ifølge forskerne, vil disse videnskaber har den mest kraftfulde impulser til udviklingen på baggrund af den kommende nanoteknologisk revolution.

anvendelsesområde

List alle de områder af menneskelig aktivitet, hvor nanoteknologi bruges i dag, er det umuligt på grund af den meget imponerende liste. Så med hjælp fra dette område af videnskaben produceres:

- anordninger til superdense optagelse alle oplysninger;
- diverse udstyr;
- sensorer, solceller, halvleder transistorer;
- oplysninger, computing og informationsteknologi;
- nanoimprint og nanolithography;
- anordninger til lagring af energi og brændselsceller;
- forsvar, rum og luftfart applikationer;
- bioinstrumentary.

På denne videnskabelige inden for nanoteknologi i Rusland, USA, Japan og flere europæiske lande med flere midler tildeles hvert år. Dette skyldes, at de enorme perspektiver for udviklingen af dette område af forskning.

Nanoteknologi er under udvikling i Rusland i henhold til den føderale målprogram, som giver ikke blot store økonomiske omkostninger, men også bærer en stor mængde af design og forskning værker. For at nå målene kommer til at forene indsatsen fra forskellige videnskabelige og teknologiske systemer på niveau med de nationale og multinationale selskaber.

nyt materiale

Nanoteknologi har gjort det muligt for forskerne at producere en carbon plade hårdere end diamant hvis tykkelse er kun et atom. Den består af graphene. Det er det tyndeste og stærkeste materiale i universet, som overfører elektricitet meget bedre end silicium computer chips.

Opdagelsen af graphene er en reel revolutionær begivenhed, som vil give meget forandring i vores liv. Dette materiale er så enestående fysiske egenskaber, som fundamentalt ændrer den menneskelige natur og stoffer.

Historien om opdagelsen

Graphene er et todimensionalt krystal. Dens struktur er et sekskantet gitter bestående af carbonatomer. Teoretiske studier af graphene startede længe før det bliver hans virkelige designs, da dette materiale er grundlaget for at konstruere en tredimensionel grafit krystal.

Selv i 1947 G. P. Volles han har nogle egenskaber graphene, beviser, at dens struktur er lignende metaller og nogle egenskaber svarende til dem af de ultra-relativistiske partikler, neutrinoer og masseløse fotoner. Men det nye materiale er der visse væsentlige forskelle, der gør den unik i sin natur. Men bekræftelse af disse resultater blev opnået kun i 2004, da Konstantin Novoselov og Andrey Geim først blev opnået ved kulstof i fri form. Denne nye stof kaldes graphene, og var en stor opdagelse videnskabsfolk. Find denne post kan være med blyant. Dens grafit stang består af flere lag af graphene. Hvordan virker en blyant efterlader et mærke på papiret? Faktum er, at til trods for styrken af de centrale komponenter af lagene, der er en meget svag sammenhæng mellem dem. De er meget nemt at falde i kontakt med papiret, efterlader et spor skriftligt.

Brug det nye materiale

Ifølge forskerne, sensorerne, der er baseret på graphen, være i stand til at analysere styrke og af luftfartøjets samt til at forudsige jordskælv. Men kun når materialet med sådanne egenskaber vil forlade fantastiske væg laboratorier blevet klart praktisk anvendelse vil udvikle sig i retning af stoffet. På nuværende dag, kemikere, fysikere og el-ingeniører er allerede interesseret i de unikke muligheder i graphene. Efter blot et par gram af stoffet kan dækkes område, svarende til en fodboldbane.

Graphene og dens anvendelse potentielt overvejes i at producere letvægts satellitter og fly. På dette område, kan det nye materiale erstatte kulfibre i kompositmaterialer. Nanomaterialer kan anvendes i stedet for silicium transistorer og dens gennemførelse i plast giver den elektriske ledningsevne.

Graphene og dens anvendelse betragtes i fremstillingen spørgsmål sensor. Disse enheder er dannet på baggrund af den nyeste materiale vil være i stand til at opdage den farligste molekyle. Men brugen af Nano-pulver i produktionen af elektriske batterier til tider for at øge deres effektivitet.

Graphene og dens anvendelse er omtalt i optoelektronik. Af det nye materiale vil vise sig meget let og holdbar plast, hvorfra beholderne vil give mulighed for et par uger for at holde maden frisk.

forventes anvendelsen af graphene og at fremstille en transparent, ledende belægning kræves til monitorer, solpaneler og en stærkere og mere modstandsdygtige over for mekanisk virkning af vindmøller.

Baseret nanomateriale vil have en bedre sportsudstyr, medicinske implantater og supercapacitors.

Også graphene og dens anvendelse er relevant for:

- højfrekvente høj effekt elektroniske anordninger;
- kunstig membran adskille to væsken i tanken;
- forbedring af ledningsevne egenskaber af forskellige materialer;
- skabelse af et display på organiske lysemitterende diode;
- hurtigere udvikling af nye teknikker til DNA-sekventering;
- forbedring af LCD-skærme;
- ballistiske transistorer.

Anvendelsen i bilindustrien

Ifølge forskere, den specifikke energi nærmer sig graphene 65 kWh / kg. Dette tal er 47 gange højere end den, der er så almindelige i dag lithium-ion batterier. Dette faktum har forskere brugt til at skabe en ny generation af batteriopladere.

Graphene polymer batteri - indretningen ved hjælp af hvilken den maksimale elektriske effekt effektivt tilbageholdt. I øjeblikket er arbejdet med det udført af forskere i mange lande. Betydelig fremskridt spanske forskere i denne sag. Graphene-polymer batteri, skabte de har energiforbruget, hundredvis af gange større end en tilsvarende tal for de eksisterende batterier. De bruger det til at udstyre elbiler. Maskinen, som er installeret graphene batteri, kan rejse uden at standse tusinder af kilometer. For at genoplade den elektriske energikilde når udmattelse får brug for ikke mere end 8 minutter.

touchscreens

Forskere fortsætte med at undersøge graphene, hvilket skaber en ny og enestående ting. Således har kulstof nanomateriale fundet dens anvendelse i produktionen, der producerer touch-skærme med bred skærm. Udtrykket kan forekomme og fleksibel indretning af denne type.

Forskere fik en graphene ark er rektangulær og omdannet det til et transparent elektrode. Han har også deltaget i arbejdet i den berøringsfølsomme skærm, hvilket reducerer holdbarheden, gennemsigtighed, fleksibilitet, miljøvenlighed og lave omkostninger.

opnå graphene

Siden 2004, da den blev åbnet den nyeste nanomaterialer, har forskerne mestrer en række metoder til fremstilling deraf. Men den mest grundlæggende af disse måder betragtes:

- mekanisk delaminering;
- epitaksial dyrkning i vakuum;
- køling perofaznogo kemisk (CVD-proces).

Den første af disse tre metoder er den mest enkle. graphene produktion med mekanisk delaminering er en særlig anvendelse af grafit til den klæbende overflade af tape. Efter dette fundament, ligesom et ark papir, begynder at bøje og unbend, adskillelse af det ønskede materiale. Ved anvendelse af denne metode graphene opnå den højeste kvalitet. Men sådanne handlinger er ikke egnede til masseproduktion af nanomaterialer.

Ved anvendelse af fremgangsmåden af epitaksiale vækst af tynde siliciumskiver anvendes, overfladelaget der er siliciumcarbid. Endvidere er dette materiale opvarmes ved en meget høj temperatur (1000 K). Som et resultat af kemiske reaktioner er adskilt fra siliciumatomerne carbonatomer, hvoraf den første fordamper. Som et resultat, den rekord forbliver ren graphene. Ulempen ved denne fremgangsmåde er nødvendigheden af at anvende meget høje temperaturer, som kan opstå under forbrænding af carbonatomer.

Den mest pålidelige og enkle metode til masseproduktion af graphene, en CVD-proces. Det er en fremgangsmåde, hvor den kemiske reaktion mellem de metalcoatede katalysator og carbonhydridgasser.

Som producerer graphene?

Til dato det største selskab, producerer en ny nanomateriale ligger i Kina. Navnet på producenten - Ningbo Morsh Technology. graphene produktion de startede i 2012.

Den største forbruger af nanomateriale er et selskab Chongqing Morsh Technology. Graphene bruge det til fremstilling af ledende transparente film, der er indsat i den touchscreen display.

Relativt nylig, har et velkendt selskab Nokia udstedt et patent på billedsensoren. Som led i denne meget nødvendige er et par lag af graphene optisk instrument element. Et sådant materiale anvendt i sensorerne kameraer øger deres følsomhed (op til 1000 gange). Samtidig observerede reduktion i elforbruget. Godt kamera til smartphone vil også indeholde graphene.

Fremstilling af en boligmiljø,

Er det muligt at producere graphene derhjemme? Det viser sig, ja! Du skal blot tage et køkken blender kapacitet på ikke mindre end 400 W, og følg metode udviklet af de irske fysikere.

Hvordan kom producere graphene derhjemme? Til dette formål blenderen cup blev hældt 500 ml vand ved tilsætning af 10-25 ml enhver flydende opvaskemiddel og 20-50 gram knust skifer. Yderligere indretningen skal køres fra 10 minutter til en halv time, indtil fremkomsten af en opslæmning af grafenflager. Det resulterende materiale vil have en høj ledningsevne, der ville tillade dets anvendelse i elektroderne i solceller. Graphene kan også forbedre egenskaberne af plast fremstillet i hjemmet.

oxid nanomateriale

Forskere aktivt forskning og graphene struktur, således at indersiden eller på kanterne af carbonmasken er bundet eller oxygenholdige, funktionelle grupper (e) af molekylet. Dette faste stof Nano-oxid, som er de første to-dimensionelle billeder, der har nået stadiet for kommerciel produktion. Fra nano- og mikropartikler af denne struktur forskere centimeters producerede prøver.

Således blev graphene oxid i kombination med carbon diofilizirovannym nylig opnået ved kinesiske forskere. Dette er en meget let centimeter terning materiale, som holdes på kronbladene af en lille blomst. Men denne nye stof, hvor graphene oxid er en af de mest solide i verden.

biomedicinske anvendelser

Graphene oxid har en unik egenskab af selektivitet. Dette vil tillade stoffet for at finde et biomedicinsk applikation. Så takket være det arbejde, forskerne var muligt at bruge graphene oxid til diagnosticering af kræft. Detect kræft på et tidligt stadium i sin udvikling tillader unikke optiske og elektriske egenskaber af nanomateriale.

Også graphene oxid tillader målrettet levering af lægemidler og diagnostik. På grundlag af dette materiale er sorption biosensorer, der peger på DNA-molekylet.

industrielle applikationer

Forskellige sorbenter baseret på graphene oxid kan anvendes på de inficerede dezaktsivatsii naturlige og menneskeskabte objekter. En nedskæring af aktiv nanomateriale kan behandle grundvand og overfladevand, jord og rydde dem fra radionuklid.

Filtre fra graphene oxid kan give superchistotoy lokaler, der producerer elektroniske komponenter til specielle applikationer. De unikke egenskaber af dette materiale vil trænge ind fine kemiske sfære teknologi. Især kan dette være udvinding af radioaktive spredte og sjældne metaller. Anvendelsen af graphene oxid gør det muligt at udvinde guld fra lav kvalitet malm.