Grafeen en de toepassing ervan. De ontdekking van grafeen. Nanotechnologie in de moderne wereld

Relatief onlangs in Science and Technology is een nieuw gebied, genaamd nanotechnologie. De vooruitzichten voor deze discipline is niet alleen enorm. Ze zijn ambitieus. Het deeltje, aangeduid als "nano" een waarde gelijk aan een miljardste deel van elke waarde. Deze formaten kunnen alleen worden vergeleken met de grootte van atomen en moleculen. Bijvoorbeeld, wordt een nanometer heet de een miljardste van een meter.

De hoofdrichting van het nieuwe gebied van wetenschap

Nanotechnologie genoemd die de materie te manipuleren op het niveau van moleculen en atomen. Daarom wordt dit gebied van de wetenschap ook wel moleculaire technologie. Wat was de impuls voor de ontwikkeling ervan? Nanotechnologie in de moderne wereld zijn verschenen dankzij de lezingen Richarda Feynmana. Daarin de wetenschapper heeft aangetoond dat er geen belemmeringen zijn voor de creatie van de dingen rechtstreeks van de atomen.

Middelen voor effectieve manipulatie van kleine deeltjes genaamd assembler. Deze moleculaire nanomachine, die kan worden gebruikt om een structuur op te bouwen. Zo kan bijvoorbeeld de assembler natuurlijke ribosoom worden genoemd synthetiseren van een eiwit in levende organismen.

Nanotechnologie in de moderne wereld zijn niet alleen een enkel gebied van deskundigheid. Zij vertegenwoordigen een brede scope van het onderzoek direct gerelateerd aan vele fundamentele wetenschappen. Onder hen zijn de natuurkunde, scheikunde en biologie. Volgens wetenschappers zullen deze wetenschappen de meest krachtige impuls aan de ontwikkeling tegen de achtergrond van de komende nanotech revolutie hebben.

toepassingsgebied

Een lijst van alle sferen van menselijke activiteit, waarbij nanotechnologie wordt gebruikt vandaag de dag, is het onmogelijk vanwege de zeer indrukwekkende lijst. Dus, met de hulp van dit gebied van de wetenschap worden geproduceerd:

- voorzieningen voor de superdichte opname alle informatie;
- diverse apparatuur;
- sensors, zonnecellen, halfgeleider- transistoren;
- informatie, computers en informatietechnologie;
- nanoimprint en nanolithografie;
- voorzieningen voor het opslaan van energie en brandstofcellen;
- defensie, ruimte en luchtvaart toepassingen;
- bioinstrumentary.

Op deze wetenschappelijke gebied van nanotechnologie in Rusland, de VS, Japan en verschillende Europese landen met meer geld wordt jaarlijks toegekend. Dit is te wijten aan de enorme perspectieven voor de ontwikkeling van dit gebied van onderzoek.

Nanotechnologie ontwikkelt zich in Rusland volgens de federaal niveau programma, dat niet alleen grote financiële kosten biedt, maar ook het dragen van een grote hoeveelheid van ontwerp en onderzoek werkt. Om de doelstellingen van plan om de inspanningen van verschillende wetenschappelijke en technologische systemen te verenigen op het niveau van de nationale en multinationale bedrijven te bereiken.

nieuw materiaal

Nanotechnologie wetenschappers in staat gesteld een koolstofplaat produceren harder dan diamant waarvan de dikte slechts één atoom. Het bestaat uit grafeen. Het is de dunste en sterkste materiaal in het heelal, die elektriciteit veel zendt beter dan silicium computerchips.

De ontdekking van grafeen is een echte revolutionair evenement, dat veel verandering in ons leven zal toestaan. Dit materiaal is zo uniek fysische eigenschappen die de menselijke natuur van de dingen en stoffen fundamenteel verandert.

Geschiedenis van de ontdekking

Grafeen is een tweedimensionaal kristal. De structuur is een hexagonaal rooster dat bestaat uit koolstofatomen. Theoretische studies van grafeen begon lang voordat hij zijn echte ontwerpen, omdat dit materiaal is de basis voor de bouw van een drie-dimensionale grafiet kristal.

Zelfs in 1947 G.P. Volles hij heeft enkele eigenschappen van grafeen, waaruit blijkt dat de structuur vergelijkbaar metalen en sommige eigenschappen als die van de ultra-relativistische deeltjes neutrinos en massaloze fotonen. Echter, het nieuwe materiaal zijn er bepaalde belangrijke verschillen die het uniek in zijn aard te maken. Maar de bevestiging van deze bevindingen werd pas in 2004, toen Konstantin Novoselov en Andrey Geim eerst werd verkregen door de koolstof in de vrije staat. Deze nieuwe stof heet grafeen, en was een belangrijke ontdekking wetenschappers. Vind dit punt kan worden in potlood. De grafietstaaf is opgebouwd uit meerdere lagen grafeen. Hoe werkt een potlood laat een stempel op het papier? Immers, hoewel de sterkte van de kerncomponenten van de lagen is er een zeer zwakke verhouding staan. Ze zijn zeer gemakkelijk te vallen in contact komen met het papier, een spoor schriftelijk.

Met behulp van het nieuwe materiaal

Volgens wetenschappers, de sensoren die zijn gebaseerd op grafeen, in staat zijn om de kracht en conditie van het vliegtuig te analyseren, maar ook om aardbevingen te voorspellen. Maar alleen wanneer het materiaal met dergelijke eigenschappen zal verlaten prachtige muur laboratoria duidelijk geworden praktische toepassing zal ontwikkelen in de richting van de stof. In de huidige dag, chemici, natuurkundigen en elektrotechnici al geïnteresseerd in de unieke mogelijkheden van grafeen. Na slechts een paar gram van de stof kan worden gedekt grondgebied, die gelijk is aan een voetbalveld.

Grafeen en de toepassing ervan potentieel beschouwd in het produceren van lichtgewicht satellieten en vliegtuigen. Op dit gebied kan het nieuwe materiaal vervangen koolstofvezels in composietmaterialen. Nanomaterialen worden gebruikt in plaats van siliciumtransistors implementatie in plastic geven het elektrisch geleidingsvermogen.

Grafeen en het gebruik ervan worden beschouwd op het gebied sensor fabricage. Deze apparaten worden gevormd op basis van de nieuwste materiaal in staat om de meest gevaarlijke molecuul te detecteren zal zijn. Maar het gebruik van nano-poeders in de productie van elektrische batterijen soms om hun effectiviteit te verhogen.

Grafeen en de toepassing ervan worden in opto-elektronica. Van het nieuwe materiaal zal blijken zeer licht en duurzaam kunststof waarvan de containers zal zorgen voor een paar weken om voedsel vers te houden.

Het gebruik van grafeen en zal naar verwachting een transparante geleidende bekleding vereist voor monitoren, zonnepanelen en produceren een sterker en beter bestand tegen mechanische effecten van windturbines.

Op basis nanomateriaal een betere sportartikelen, medische implantaten en supercondensatoren hebben.

Ook, grafeen en de toepassing ervan met betrekking tot:

- high-frequency high-power elektronische apparaten;
- kunstmatig membraan tussen twee vloeistof in de tank;
- verbetering van de geleidbaarheid eigenschappen van verschillende materialen;
- het creëren van een weergave op de organische licht emitterende diode;
- versnelde ontwikkeling van nieuwe technieken voor DNA sequentiebepaling;
- verbetering van LCD-schermen;
- ballistische transistors.

Het gebruik in de automobielindustrie

Volgens de onderzoekers, de specifieke energie nadert de grafeen 65 kWh / kg. Dit cijfer is 47 keer hoger dan die zo vaak tegenwoordig lithiumionbatterijen. Dit feit, hebben wetenschappers gebruikt om een nieuwe generatie acculaders te creëren.

Grafeen polymeer batterij - de inrichting met behulp waarvan de maximale elektrische vermogen efficiënt behouden. Op dit moment is het werk erop uitgevoerd door onderzoekers in vele landen. Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt Spaanse wetenschappers in deze kwestie. Grafeen-polymeer batterij, creëerden ze heeft het energieverbruik, honderden keren groter is dan een vergelijkbare cijfer voor oude batterijen. Ze gebruiken het om elektrische voertuigen uit te rusten. De machine, die is geïnstalleerd grafeen batterij, kan reizen zonder te stoppen duizenden kilometers. Om de elektrische energiebron als uitputting niet meer nodig dan 8 minuten op te laden.

touchscreens

Wetenschappers blijven grafeen te verkennen, het creëren van een nieuwe en ongeëvenaarde dingen. Aldus heeft het koolstofatoom nanomateriaal de toepassing van het productieproces die aanraakschermen produceert met breedbeeld gevonden. De term kan verschijnen en flexibel dergelijke inrichting.

Wetenschappers hebben een grafeen vel is rechthoekig van vorm en omgezet in een transparante elektrode. Hij heeft ook deelgenomen aan het werk van de touch screen, de duurzaamheid, transparantie, flexibiliteit, milieuvriendelijkheid en lage kosten sterk verminderen.

het verkrijgen van grafeen

Sinds 2004, toen het werd geopend, de nieuwste nanomaterialen, hebben wetenschappers een aantal methoden voor de bereiding daarvan onder de knie. Echter, de meest fundamentele van deze manieren worden beschouwd:

- mechanische afschilfering;
- epitaxiale groei onder vacuüm;
- koelen perofaznogo chemische (CVD-proces).

De eerste van deze drie methoden is de meest eenvoudige. grafeen productie van mechanische afschilfering is een bijzondere toepassing van grafiet aan het hechtoppervlak plakband. Hierna foundation, zoals een vel papier, beginnen te buigen en plooi, afscheiden van het gewenste materiaal. Bij toepassing van deze methode grafeen het verkrijgen van de hoogste kwaliteit. Echter, dergelijke acties zijn niet geschikt voor massaproductie van nanomaterialen.

Bij gebruik van de werkwijze voor epitaxiale groei van dunne siliciumwafels gebruikt, de oppervlaktelaag die siliciumcarbide. Verder wordt het materiaal verwarmd tot een zeer hoge temperatuur (1000 K). Als gevolg van chemische reacties is gescheiden van de siliciumatomen koolstofatomen, waarvan de eerste verdampen. Als gevolg hiervan, het record blijft zuiver grafeen. Het nadeel van deze werkwijze is de noodzaak van het gebruik van zeer hoge temperaturen, die kunnen optreden bij verbranding koolstofatomen.

De meest betrouwbare en eenvoudige methode voor massaproductie van grafeen, een CVD-proces. Is een werkwijze waarbij de chemische reactie tussen de met metaal beklede katalysator en koolwaterstofgassen.

Welke produceert grafeen?

Tot op heden, het grootste bedrijf, produceert een nieuwe nanomateriaal is gevestigd in China. De naam van de fabrikant - Ningbo Morsh Technology. grafeen productie ze begonnen in 2012.

De belangrijkste afnemer van het nanomateriaal is een bedrijf Chongqing Morsh Technology. Grafeen gebruiken voor de productie van geleidende transparante films, die in het aanraakscherm ingevoegd.

Vrij recent is een bekend bedrijf Nokia een patent op de beeldsensor uitgegeven. In het kader van deze veelgevraagde een paar lagen grafeen optisch instrument element. Een dergelijk materiaal wordt gebruikt in de sensoren camera verhoogt hun gevoeligheid (tot 1000 maal). Tegelijkertijd waargenomen vermindering van het elektriciteitsverbruik. Goede camera voor de smartphone zal ook grafeen bevatten.

De bereiding van een huiselijke omgeving,

Is het mogelijk om grafeen te produceren thuis? Het blijkt, ja! Je hoeft alleen maar een keuken blender capaciteit van niet minder dan 400 W nemen, en volg de methode is ontwikkeld door de Ierse natuurkundigen.

Hoe heeft grafeen te produceren thuis? Hiertoe werd de mengkop gegoten op 500 ml water door toevoeging van 10-25 ml van elke vloeibaar wasmiddel en 20-50 gram gemalen lei. Verder moet het apparaat worden uitgevoerd van 10 minuten tot een half uur, tot het verschijnen van een brij van grafeen vlokken. Het verkregen materiaal wordt een hoge geleidbaarheid die het gebruik ervan in de elektroden van zonnecellen blijven draaien. Grafeen kunnen ook de eigenschappen van de kunststof die in de huiselijke omgeving te verbeteren.

oxide nanomateriaal

Wetenschappers actief onderzoek en grafeen constructie, die binnen of op de randen van het koolstof gaas wordt bevestigd of zuurstofbevattende functionele groep (en) van het molecuul. Deze solide Nano-oxide daarvan is de eerste twee-dimensionale foto's, die het stadium van commerciële productie hebben bereikt. Van nano- en microdeeltjes van deze structuur wetenschappers centimeter geproduceerde monsters.

Aldus werd de grafeen oxide in combinatie met carbon diofilizirovannym onlangs verkregen door Chinese wetenschappers. Dit is een zeer licht materiaal centimeter kubus, die op de bloemblaadjes van een kleine bloem wordt gehouden. Maar dit nieuwe stof, waarin de grafeen oxide is een van de meest solide in de wereld.

biomedische toepassingen

Grafeen oxide heeft een unieke eigenschap van de selectiviteit. Hierdoor kan de stof aan een biomedische toepassing vinden. Dus, dankzij het werk van de wetenschappers was het mogelijk om grafeen oxide te gebruiken voor de diagnose van kanker. Detecteren van kanker in een vroeg ontwikkelingsstadium mogelijk unieke optische en elektrische eigenschappen van het nanomateriaal.

Ook grafeen oxide maakt doelgerichte aflevering van geneesmiddelen en diagnostica. Op basis van dit materiaal sorptie biosensoren, wijzend op het DNA-molecuul.

industriële toepassingen

Diverse sorbents gebaseerd op het grafeen oxide kan worden toegepast op de geïnfecteerde dezaktsivatsii natuurlijke en door de mens gemaakte voorwerpen. Een verlaging van actieve nanomateriaal kan grondwater en oppervlaktewater, bodem en te wissen uit het radionuclide verwerken.

Filters van grafeen oxide superchistotoy terrein, waarop elektronische componenten produceert voor speciale toepassingen. De unieke eigenschappen van dit materiaal zal doordringen in fijne chemische sfeer technologie. In het bijzonder kan deze extractie van radioactieve verspreid en zeldzame metalen. Zo is het gebruik van grafeen oxide maakt het mogelijk om goud uit laagwaardige ertsen te extraheren.