Grafeno ir jo taikymas. Iš grafeno atradimą. Nanotechnologijos šiuolaikiniame pasaulyje

Palyginti neseniai mokslo ir technologijų srityje, yra nauja sritis, vadinamas nanotechnologijos. Perspektyvos šios disciplinos yra ne tik didžiulis. Jie ambicingi. Dalelių, vadinamos "nano" yra vertės, kuri lygi vienai milijardinė bet vertės frakcija. Šie dydžiai gali būti palyginti tik į atomų ir molekulių dydžio. Pavyzdžiui, nanometrų yra vadinamas viena milijardinės metro.

Pagrindinė kryptis naujos mokslo srities

Nanotechnologija vadinamas tie, kurie manipuliuoti klausimą dėl molekulių ir atomų lygiu. Todėl ši mokslo sritis, taip pat vadinamas molekulinės technologijos. Kokia buvo jo plėtrai postūmis? Nanotechnologijos šiuolaikiniame pasaulyje atsirado dėka paskaitose Richarda Feynmana. Jame mokslininkas įrodė, kad nėra jokių kliūčių dalykų kūrimo tiesiai iš atomų.

Priemones, skirtas veiksmingai manipuliavimo mažų dalelių, vadinamų surinkėjo. Tai molekulinės nanomachine, kuris gali būti naudojamas kurti bet kokia konstrukcija. Pavyzdžiui, surinkėjas gali būti vadinami natūraliais ribosomos sintezę baltymų gyvųjų organizmų.

Nanotechnologijos šiuolaikiniame pasaulyje yra ne tik vieno žinių sritis. Jie atstovauja platų mokslinių tyrimų sričiai, tiesiogiai susijusios su daugeliu pagrindinių mokslų. Tarp jų yra fizika, chemija ir biologija. Pasak mokslininkų, šie mokslai turės galingiausią impulsą plėtrai prieš ateinančių nanotechnologijų revoliucijos fone.

Taikymo sritis

Išvardyti visas žmogaus veiklos, kur nanotechnologija yra naudojamas šiandien, tai yra neįmanoma, nes labai įspūdingo sąrašo sferas. Taigi, su šiuo mokslo srityje pagalba gaminami:

- prietaisai superdense įrašymo bet informacijos;
- įvairi įranga;
- jutikliai, saulės elementų, puslaidininkinių tranzistorių;
- informacija, skaičiavimas ir informacijos technologija;
- nanoimprint ir nanolitografijos;
- įtaisai, skirti energijos kaupimo, ir kuro elementai;
- gynybos, kosmoso ir aviacijos paraiškas;
- bioinstrumentary.

Šiame mokslo srityje nanotechnologijos Rusijoje, JAV, Japonijoje ir kai kuriose Europos šalyse, daugiau lėšų skiriama kiekvienais metais. Tai dėl to, kad didžioji perspektyvas šios mokslinių tyrimų srityje plėtrą.

Nanotechnologijos vystosi Rusijoje pagal Federalinės tikslinės programos, kuri ne tik suteikia puikias finansines išlaidas, tačiau taip pat vykdo daug projektavimo ir mokslinių tyrimų darbus. Norint pasiekti tikslus ketina suvienyti įvairių mokslinių ir technologinių sistemų pastangas į nacionalinių ir tarptautinių korporacijų lygiu.

nauja medžiaga

Nanotechnologija leido mokslininkams gaminti anglies plokštelę sunkiau, nei deimantas, kurio storis yra tik vienas atomas. Jis susideda iš grafeno. Tai ploniausias ir stipriausia medžiaga visatoje, kuri daug praleidžianti elektros geriau nei silicio kompiuterių lustai.

Iš grafeno atradimas yra tikras revoliucinis įvykis, kuris leis daug pokyčių mūsų gyvenime. Ši medžiaga yra labai unikalių fizinių savybių, kurios iš esmės keičia žmogaus prigimtį daiktų ir medžiagų.

Istorija atradimas

Graphene yra dviejų matmenų kristalų. Jo struktūra yra šešiakampės gardelės, susidedantis iš anglies atomų. Teorinės studijos grafeno prasidėjo gerokai anksčiau gauti savo realius projektus, nes ši medžiaga yra statyti trimatį grafito kristalo pagrindas.

Net 1947 G. P. Volles jis turi keletą grafeno savybes, įrodyti, kad jos struktūra yra panašūs metalai, ir kai charakteristikos panašios į ultra-Reliatyvistinis dalelių, neutrinų ir massless fotonų. Tačiau, kai nauja medžiaga yra tam tikrų esminių skirtumų, kad ji yra unikali savo pobūdžio. Bet patvirtinimas šiomis išvadomis buvo gautas tik 2004 m, kai Konstantin Novoselov ir Andrejus Geim pirmą kartą buvo gautas į laisvą valstybės anglimi. Ši nauja medžiaga vadinama grafeno ir buvo pagrindinis atradimas mokslininkai. Surasti šį objektą galima pieštuku. Jo grafito lazdelė yra sudaryta iš kelių sluoksnių grafeno. Kaip veikia pieštukas palieka žymę ant popieriaus? Yra tai, kad, nepaisant to, kad pagrindiniai komponentai sluoksnių stiprumo, yra labai silpnas ryšys tarp jų. Jie labai lengvai patenka į kontakto su popieriumi, paliekant takas raštu.

Naudojant naują medžiagą

Pasak mokslininkų, jutikliai, kurie yra pagrįsti grafeno, gebėti analizuoti jėgų ir būklę orlaivio, taip pat prognozuoti žemės drebėjimus. Bet tik tada, kai su tokiais savybių medžiaga paliks apsvaiginimo sienų laboratorijos paaiškės praktinis taikymas bus sukurta, kuria kryptimi iš esmės. Šiuo dieną, chemikai, fizikai ir elektros inžinieriai jau domisi unikaliais gebėjimais grafeno. Po vos keli gramai Medžiagos gali būti padengta teritorija, lygų futbolo srityje.

Grafeno ir jo taikymas gali laikyti gaminant lengvas palydovus ir lėktuvus. Šioje srityje, kai nauja medžiaga gali pakeisti anglies pluoštai tose kompozitinių medžiagų. Nanomedžiagos gali būti naudojamas vietoj silicio tranzistorių ir jos įgyvendinimas plastiko suteikti jai elektrinis laidumas.

Grafeno ir jo naudojimas būtų laikomas klausimais jutiklių gamyboje. Šie prietaisai yra suformuota remiantis naujausia medžiaga pagrindu galės aptikti labiausiai pavojingas molekulę. Bet nano-miltelių naudojimas elektros baterijų gamybai kartais padidinti jų veiksmingumą.

Graphene ir jos taikymas aptariami optoelektronikos. Naujos medžiagos bus pasirodyti labai lengvas ir patvaraus plastiko, iš kurio konteineriai leis per kelias savaites išlaikyti maistą šviežią.

Iš grafeno ir naudoti tikimasi gaminti skaidrios laidžiosios dangos, reikalingą monitoriai, saulės kolektorių ir stipresni ir labiau atsparūs mechaniniam poveikiui vėjo jėgainių.

Remiantis nanomedžiagos turės geresnį sporto įranga, medicinos implantai ir superkondensatorių.

Be to, grafeno ir jo taikymas susijęs su:

- aukšto dažnio aukštos variklių elektroniniai prietaisai;
- dirbtinis membrana atskirti du skysčio rezervuare;
- pagerinti laidumo savybes iš įvairių medžiagų,;
- sukurti, rodomas ant organinių šviesos diodą;
- pagreitinto plėtrą naujų technologijų DNR sekos;
- gerinti skystųjų kristalų ekranų;
- balistinių tranzistorių.

Naudojimas automobilių pramonėje

Pasak mokslininkų, specifinis energijos priartėja prie grafeno 65 kWh / kg. Šis skaičius yra 47 kartų didesnis negu ta, kuri taip dažnai dabar ličio jonų baterijos. Šis faktas, mokslininkai naudojama siekiant sukurti naujos kartos baterijų įkrovikliai.

Graphene polimerų baterija - prietaisas, pagal kurias efektyviai išlaikyta ne daugiau kaip elektros energijos. Šiuo metu dirbti su juo atlieka tyrėjų daugelyje šalių. Didelė pažanga pasiekta ispanų mokslininkai šiuo klausimu. Grafeno-polimerų baterija, jie sukūrė turi energijos suvartojimą, šimtus kartų didesnė nei panašaus skaičiumi esamų baterijų. Jie naudoja jį aprūpinti elektra varomas transporto priemones. Mašina, kuri įdiegta grafeno baterijos, gali keliauti be sustojimo tūkstančius kilometrų. Norėdami įkrauti elektros energijos šaltinį, kai išsekimas reikės ne daugiau kaip 8 min.

jautriais ekranais

Mokslininkai toliau nagrinės grafeno, sukurti naujus ir koks Jūsų daiktus. Taigi, anglies nanomedžiagos rado jos taikymą gamyboje, kuri gamina sensoriniu ekranu su plačiu ekranu. Terminas gali būti ir lankstus įrenginys Šio tipo.

Mokslininkai gavo grafeno lapas yra stačiakampio formos ir pavertė ją skaidrią elektrodo. Jis taip pat dalyvavo jutiklinio ekrano darbą, žymiai sumažindama patvarumą, skaidrumą, lankstumą, ekologiškumą ir nebrangiai.

gauti grafeno

Nuo 2004 metų, kai jis buvo atidarytas naujausias nanomedžiagų, mokslininkai įvaldę įvairius metodus jos preparato. Tačiau svarbiausio iš šių būdų yra laikomi:

- mechaninis neaptinkama;
- Epitaksinių augimo vakuume;
- aušinimo perofaznogo cheminius (CVD-procesas).

Pirmasis iš šių trijų metodų yra paprastas. grafeno gamybos mechaninių eksfoliacija yra speciali programa, grafito, kad klijų paviršiaus lipnia juosta. Po to, kai šio pamato, kaip popieriaus lapo, pradėti sulenkti ir Rozprostować, atskiriant norimą medžiagą. Taikant šį metodą grafeno gauti aukščiausią kokybę. Tačiau tokie veiksmai nėra tinkami masinei gamybai nanomedžiagų.

Kai naudojant Epitaksinių augimo plonų silicio plokštelių metodą yra naudojamas, paviršiaus sluoksnį, kuris yra silicio karbidas. Be to, ši medžiaga yra kaitinamas labai aukštos temperatūros (1000 K). Kaip cheminių reakcijų rezultatas yra atskirtas nuo silicio atomų anglies atomų, iš kurių pirmasis išgarinti. Kaip rezultatas, įrašas lieka grynas grafeno. Šio metodo trūkumas yra tai, naudojant labai aukštą temperatūrą, kuri gali atsirasti degimo anglies atomų metu būtinybė.

Labiausiai patikimas ir paprastas metodas naudojamas masinės gamybos grafeno, tam CVD-proceso. Tai yra būdas, kai cheminė reakcija tarp metalo dengtos katalizatoriaus ir angliavandenilių dujų.

Kuri gamina grafeno?

Iki šiol didžiausia kompanija, gamina naujas nanomedžiagos yra Kinijoje. Gamintojo vardas - Ningbo Morsh technologijos. grafeno gamyba jie pradėjo 2012 metais.

Pagrindinis vartotojas nanomedžiagos yra bendrovė Čongčingas Morsh technologijos. Grafeno naudoti jį už laidžių skaidrios plėvelės, kuri yra įdėta į jutiklinis ekranas gamybai.

Palyginti neseniai, gerai žinoma kompanija "Nokia" paskelbė patento ant vaizdo jutiklio. Kaip dalis tai daug-reikia, yra keletas sluoksnių grafeno Optical Instrument elementas. Tokia medžiaga naudojama fotoaparatų jutiklius labai padidina jų jautrumą (iki 1000 kartų). Tuo pačiu metu pastebėta sumažinti elektros energijos suvartojimą. Geras fotoaparatas už išmaniojo telefono taip pat yra grafeno.

Pasirengimas Buityje

Ar įmanoma gaminti grafeno namuose? Pasirodo, taip! Jums tiesiog reikia imtis virtuvės maišytuvo darbinis tūris ne mažesnis kaip 400 W, ir sekti metodą sukūrė Airijos fizikai.

Kaip gaminti grafeno namuose? Šiam tikslui maišytuvo puodelis buvo pilamas 500 ml vandens, pridedant 10-25 ml bet skystą skalbimo ir 20-50 gramų smulkinto skalūnų. Toliau prietaisas turėtų būti paleisti nuo 10 minučių iki pusę valandos, iki nuo grafeno dribsnių srutų išvaizdą. Gaunama medžiaga turės aukštą laidumas, kad leistų jos naudojimą saulės elementų elektrodų. Grafeno taip pat gali pagerinti plastiko pagamintų vidaus aplinkos savybes.

oksidas nanomedžiaga

Mokslininkai aktyviai tyrimams ir grafeno struktūra tokia, kad viduje arba ant anglies tinklelio kraštų yra pridedamas arba deguonies, kurių sudėtyje yra funkcinės grupės (-ai) molekulės. Šios kietos nano-oksidas, kuris yra pirmasis dvimatės nuotraukos, kurių nustatyta komercinės gamybos etapą. Nuo nano ir mikrodalelių šios struktūros mokslininkai centimetro pagamintus pavyzdžius.

Taigi, grafeno oksido kartu su anglies diofilizirovannym neseniai buvo gautas Kinijos mokslininkai. Tai labai lengva medžiaga cm kubas kuris yra laikomas dėl mažo gėlių žiedlapių. Bet ši nauja medžiaga, kurioje grafeno oksido yra vienas iš solidžiausių pasaulyje.

biomedicinos prašymai

Graphene oksidas turi unikalų objektą selektyvumo. Tai leis medžiaga rasti biomedicinos taikymą. Taigi, dėka mokslininkų darbą buvo galima naudoti grafeno oksido vėžio diagnozę. Aptikti vėžį ankstyvoje vystymosi stadijoje leidžia unikalių optinių ir elektrinių savybių nanomedžiagos.

Taip pat grafeno oksido leidžia tikslinę pristatymą narkotikų ir diagnostika. Dėl šios medžiagos pagrindu yra sorbcijos biosensoriai, nukreipta į DNR molekulę.

pramoniniams taikymams

Įvairūs sorbentai grindžiama grafeno oksido gali būti taikomas užkrėstų dezaktsivatsii stichinių ir žmogaus sukeltų objektų. Aktyvios nanomedžiagos sumažinti gali apdoroti požeminio ir paviršinio vandens, dirvožemio ir kliringo juos nuo radionuklido.

Filtrai iš grafeno oksido gali suteikti superchistotoy patalpas, gaminanti elektroninius komponentus specialių programų. Unikalių savybių šios medžiagos pateks į Fine Chemical sfera technologija. Visų pirma, tai gali būti gavyba radioaktyviųjų padrikos ir retųjų metalų. Taigi, grafeno oksido naudojimas leidžia aukso išgavimui iš žemos kokybės rūdų.