Grafen va uning tatbig'i. grafen kashfiyot. Zamonaviy dunyoda Nanotexnologiya

Nisbatan yaqinda fan va texnologiyalar nanotexnologiyaning deb nomlangan yangi maydoni, deb. Bu intizom istiqbollari faqat katta emas. Ular ulkan bo'ladi. "NanoSIM» deb ataladi zarracha, har qanday qiymati bir qismini milliarddan biri uchun teng qiymat hisoblanadi. Bu registri faqat atom va molekulalarning hajmi nisbatan bo'lishi mumkin. Misol uchun, bir nanometr bir metrning bir-milliardinchi deyiladi.

ilm-fan, yangi sohasida asosiy yo'nalishi

Nanotexnologiya molekulalar va atomlar darajasida masalani manipulyatsiya o'sha chaqirdi. Shuning uchun, ilm-fan, bu maydon ham molekulyar texnologiyasi deyiladi. uning rivojlanishi uchun turtki nima edi? Zamonaviy dunyoda Nanotexnologiya ma'ruza tufayli paydo bo'lgan Richarda Feynmana. Unda olim bevosita atomlardan narsani yaratish uchun hech qanday to'siqlar borligini isbotladi.

assembler deb nomlangan kichik zarrachalar samarali ishlash uchun, degan ma'noni anglatadi. har qanday bino qurib berishni foydalanish mumkin, bu molekulyar nanomachine. Misol uchun, assembler tirik organizmlar bir protein sintez tabiiy ribozom, deb atash mumkin.

Zamonaviy dunyoda Nanotexnologiya ekspertizaning faqat bitta maydoni emas. Ular to'g'ridan-qancha fundamental fanlar bilan bog'liq tadqiqotlar keng ko'lamini vakili. Ular orasida fizika, kimyo va biologiya bo'ladi. Olimlarning fikricha, bu fanlar kelayotgan nanotexnologiya inqilob fonida rivojlanishi uchun eng kuchli turtki bo'ladi.

qo'llash sohasi

U, chunki juda ta'sirli ro'yxatini imkonsiz nanotexnologiya ishlatiladi bugun inson faoliyati, barcha sohalarni sanab o'ting. Shunday qilib, ilm-fan, bu maydon yordamida ishlab chiqarilmoqda:

- superdense yozilgan har qanday ma'lumot uchun vositalar;
- turli asbob-uskunalar;
- datchiklar, quyosh hujayralari, yarimo'tkazgich tranzistorlar;
- axborot, kompyuter va axborot texnologiyalari;
- nanoimprint va nanolithography;
- energiya saqlash uchun qurilmalar va yonilg'i hujayralari;
- mudofaa, aviatsiya va kosmik dasturlar;
- bioinstrumentary.

Rossiya, AQSh, Yaponiya va yana moliyalashtirish bilan bir necha Evropa mamlakatlarida nanotexnologiyaning bu ilmiy sohada har yili ajratiladi. Bu tadqiqotlar, bu soha rivoji uchun keng istiqbollari bilan bog'liq.

Nanotexnologiya nafaqat katta moliyaviy xarajatlarni beradi Federal maqsadli dastur asosida Rossiya rivojlanib, balki dizayn va tadqiqot ishlari katta miqdorda olib bormoqda. milliy va transmilliy korporatsiyalar darajasida turli ilmiy va texnologik tizimlar sa'y-harakatlarini birlashtirishga rivojlanish maqsadlariga erishish uchun.

yangi material

Nanotexnologiya kimning qalinligi faqat bitta atomi bo'lgan olmos nisbatan qiyin bo'lgan uglerod lavha ishlab chiqarish uchun olimlar faol bo'lishi. Bu grafen iborat. Bu ko'p kremniy kompyuter chiplari ko'ra yaxshiroq elektr uzatadi koinot, eng nozik va eng kuchli moddiy hisoblanadi.

grafen kashfiyot hayotimizda ko'p o'zgarish imkonini beradi haqiqiy inqilobiy hodisa hisoblanadi. Bu moddiy tubdan narsalar va moddalar inson tabiatini o'zgartiradi, shuning uchun noyob jismoniy xususiyatlari hisoblanadi.

kashfiyot tarixi

Grafen ikki o'lchovli kristall hisoblanadi. Uning tuzilishi uglerod atomlari iborat olti burchakli panjara hisoblanadi. grafen nazariy tadqiqotlar bu moddiy uch o'lchovli grafit kristalli qurish uchun asos hisoblanadi, chunki, uning real dizaynidan olish ancha oldin boshlangan.

Hatto 1947 G. P. Volles u o'zining tuzilishi ultra-relyativistik zarralar, neytronlarni va massless fotonlarning o'xshash o'xshash metallar, va ba'zi xususiyatlari ekaniga, grafen ba'zi xususiyatlarga ega. Biroq, yangi material uning tabiatda noyob qilish ba'zi muhim farqlar mavjud. Konstantin Novoselov va qachon Lekin bu topilmalar tasdiq, faqat 2004 yilda olingan Andrey GEIM birinchi bepul shtatida uglerod tomonidan olingan. Ushbu yangi modda Grafen chaqirib, katta kashfiyot olimlar edi. qalam bilan bo'lishi mumkin, bu elementni toping. Uning grafit rod grafen necha qatlamdan iborat. Qanday qalam qog'ozda iz qoldiradi qiladi? haqiqat qatlamlari asosiy komponentlarini kuch qaramay, ular orasida juda zaif bog'liqlik bor, deb hisoblanadi. Ular yozma iz qoldirib, qog'oz bilan aloqada tushib juda oson.

yangi materiallar foydalanish

Olimlarning fikricha, grafen asoslangan sensorlar, samolyot kuch va holatini tahlil qilish, shuningdek, zilzilalar bashorat qilish mumkin. Bunday xususiyatlarga ega bo'lgan moddiy ajoyib devor laboratoriyalari bo'lib tark etadi faqat Lekin aniq amaliy dastur moddalar yo'nalishida rivojlanadi. Hozirgi kunda kunda, kimyogar, fizik va elektr muhandis allaqachon grafen noyob qobiliyat manfaatdormiz. moddaning bir necha gramm futbol sohasida teng hududni, qoplangan bo'lishi mumkin keyin.

Grafen va uning tatbig'i potentsial engil yo'ldoshlarini va samolyot ishlab chiqarish hisoblanadi. Ushbu sohada, yangi material almashtirish mumkin uglerod tolalar bilan kompozitsion materiallardan. Nanomalzemelere o'rniga kremniy tranzistorlar ishlatilgan bo'lishi mumkin va plastik uning ijrosi elektr o'tkazuvchanligi berish.

Grafen va uning foydalanish masalalar sensori chiqarishda hisoblanadi. Bu qurilmalar eng xavfli molekulalar aniqlash mumkin bo'ladi so'nggi materiallar asosida tuziladi. Lekin ba'zida elektr batareyalari ishlab chiqarish Nano-tolqoni foydalanish, ularning samaradorligini oshirish.

Grafen va uning tatbig'i optoelektronik muhokama qilinadi. yangi materiallar idishlari oziq-yangi tutish uchun bir necha hafta davomida beradi juda engil va bardoshli plastik chiqib qocharlar.

va grafen foydalanish Shaffof conductive monitorlar, quyosh panellari uchun zarur qoplama va ishlab chiqarish kutilmoqda kuchliroq va shamol mexanik ta'siriga ancha chidamli.

Asoslangan nanomaterial yaxshiroq sport uskunalari, tibbiy Tanaga va supercapacitors bo'ladi.

Shuningdek, Grafen va uning tatbig'i tegishli:

- yuqori chastotali yuqori elektr elektron qurilmalar;
- sun'iy membrana idishda ikki suyuqlik ajratish;
- turli xil materiallar o'tkazuvchanlik xususiyatlarini takomillashtirish;
- diyot organik chiroqni bir ekran yaratish;
- DNK o'ringa yangi texnika jadal rivojlantirish;
- suyuq kristalli ekranlar takomillashtirish;
- ballistik tranzistor.

avtomobil sanoati sohasida foydalanish

Tadqiqotchilarning fikriga ko'ra, muayyan energiya Grafen 65 kVt / kg yondashuvlar. Bu ko'rsatkich bugungi kunda litiy-ion batareya, shuning uchun tez-tez uchraydi kimsadan 47 barobar ko'pdir. Bu haqiqat, olimlar batareya zaryadlanib yangi avlod yaratish uchun foydalangan.

Grafen polimer batareya - maksimal elektr samarali saqlab qaysi orqali qurilma. Ayni paytda, unga ish ko'p mamlakatlarda tadqiqotchilar tomonidan amalga oshiriladi. Muhim harakat, bu masalada Ispaniya olimlarni erishdi. Grafen-polimer batareya, ular mavjud batareyalari uchun shunga o'xshash raqamlarga qaraganda yuzlab marta katta, energiya iste'molini ega yaratilgan. Ular elektr transport vositalari bilan jihozlash uchun foydalaning. o'rnatilgan mashinasi, Grafen batareya, minglab kilometr to'xtamasdan sayohat mumkin. charchoq 8 daqiqadan ko'proq kerak bo'ladi, elektr energiyasi manbai zaryadlash uchun.

Touchscreens

Olimlar yangi va mislsiz narsalarni yaratib, Grafen kashf davom. Shunday qilib, uglerod nanomaterial keng ekran bilan sensorli ekranlar ishlab chiqaradi ishlab chiqarish ariza topdi. muddatli paydo bo'ladi va bu turdagi moslashuvchan qurilma mumkin.

Olimlar bir Grafen varaq shakliga to'rtburchaklar bo'lib turib, bir shaffof elektrod aylantirdi. U, shuningdek, juda mustahkamligi, oshkoralikni, moslashuvchan, ekologik va past narxini kamaytirish, sensorli ekran ishida ishtirok etdi.

olish Grafen

Bu eng yangi Nanomalzemelere ochildi 2004 yildan beri, olimlar uni tayyorlash uchun usullari bir qator o'zlashtirilgan. Biroq, bu yo'llar eng asosiy hisoblanadi:

- mexanik qatlam Kaifaning;
- vakuumda epitaksiyel o'sishi;
- perofaznogo kimyoviy sovutish (CVD-jarayon).

Bu uch usullari birinchi eng oddiy. mexanik eksfoliasyonlu Grafen ishlab chiqarish yopishqoq lenta, yopishqoq yuzasiga grafit maxsus dastur hisoblanadi. Bu poydevor so'ng, qog'ozga o'xshaydi, kerakli materiallarni ajratib, egilib va to'g'rilamoq boshlaydi. qo'llash, bu usul Grafen eng yuqori sifatini olish. Biroq, bunday xatti-harakatlar Nanomalzemelerin ommaviy ishlab chiqarish uchun mos emas.

ingichka kremniy Gofret epitaksiyel o'sish usuli yordamida bo'lsa, kremniy karbid bo'lgan sirt qatlami ishlatiladi. Bundan tashqari, bu moddiy juda yuqori harorat (1000 K) da isitiladi. kimyoviy reaktsiyalar natijasida bug'lanmoq birinchi bo'lgan uglerod atomlari kremniy atomlari, ajratilgan kabi. Natijada, rekord sof Grafen qolmoqda. Bu usulning ahvolga tushgan uglerod atomlari yonish paytida sodir bo'lishi mumkin juda yuqori harorat, foydalanish kerak.

grafen, bir CVD-jarayonining ommaviy ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan eng ishonchli va oddiy usuli. Bu usul bo'lgan metall-qoplangan katalizator va uglevodorod gazlari orasidagi kimyoviy reaktsiya.

Qaysi Grafen ishlab chiqaradi?

Bugungi kunda eng yirik kompaniya, yangi nanomaterial Xitoyda joylashgan ishlab chiqaradi. ishlab chiqaruvchi nomi - Ningbo Morsh texnologiyasi. Grafen ishlab chiqarish, ular 2012 yilda boshladi.

nanomaterial asosiy iste'mol bir kompaniya Chongqing Morsh Technology hisoblanadi. Grafen sensorli displey joylashtirilgan Supero'tkazuvchilar shaffof filmlar, ishlab chiqarish uchun foydalanish.

Nisbatan yaqinda, taniqli kompaniya Nokia tasvir sensori bo'yicha patent berildi. Bu juda zarur bo'lgan bir qismi sifatida Grafen optik asbob element bir necha qatlamlari hisoblanadi. detektörleri ishlatiladigan Bunday material juda (1000 marta) ularning sezgirligini oshiradi. Shu bilan bir vaqtda elektr iste'moli kamaytirish kuzatiladi. Smartfon uchun yaxshi kamera ham Grafen o'z ichiga oladi.

Uy sharoitida tayyorlash,

Bu uyda Grafen ishlab chiqarish mumkinmi? Bu ha, chiqadi! Siz faqat kam bo'lmagan 400 Vt bir oshxona blender salohiyatini olib, Irlandiya fiziklar tomonidan ishlab chiqilgan usul rioya qilish kerak.

Qanday uyda Grafen ishlab chiqarish edi? Bu maqsadda blender chempionati har qanday Deterjan 10-25 ml va ezilgan varaq 20-50 gramm qo'shib suv 500 ml quyib o'tdi. Bundan tashqari, qurilma Grafen yorma bir atala ko'rinishi qadar, yarim soat uchun 10 daqiqa qochib lozim. natijada moddiy quyosh hujayralari elektrodlari uning foydalanish imkonini beradi, yuksak o'tkazuvchanligini bo'ladi. Grafen ham ichki muhitda ishlab chiqarilgan plastik xususiyatlarini yaxshilash mumkin.

oksidi nanomaterial

Olimlar faol izlanish va ichki yoki uglerod to'r chekkalarida shunday Grafen tuzilishi molekulaning biriktirilgan yoki kislorod bo'lgan funktsional guruhlari (lar) bo'ladi. Bu qattiq Nano-oksidi bo'lgan tijorat ishlab chiqarish bosqichida ishtirok etdi, birinchi ikki o'lchovli rasmlar, deb. Bu strukturaning nano- va mikro olimlari ishlab chiqarilgan namunalar santimetr.

Shunday qilib, uglerod diofilizirovannym bilan birga Grafen oksidi yaqinda Xitoy olimlari tomonidan olingan. Bu kichik gul barglari ustida o'tkaziladi juda engil moddiy santimetr kub bo'ladi. Lekin, bu yangi modda, unda Grafen oksidi dunyoda eng mustahkam biridir.

biotibbiyotshunolik ilovalar

Grafen oksidi tanlanuvchan noyob xususiyati bor. Bu modda bir biotibbiyotshunolik ariza topish imkonini beradi. Shunday qilib, olimlarning ishlari tufayli saraton kasaliga uchun Grafen oksid foydalanish mumkin edi. uning rivojlanish erta bosqichda saraton aniqlash nanomaterial noyob optik va elektrik xususiyatlarini beradi.

Shuningdek Grafen oksidi dori va diagnostika maqsadli yetkazib beradi. Bu materiallar asosida sorbsiya biyosensorlerin DNK molekulasi ishora bor.

sanoat dasturlar

Grafen oksidi asosida turli Sorbentler zararlangan dezaktsivatsii tabiiy va texnogen ob'ektlarga qo'llanilishi mumkin. faol nanomaterial bir kesilgan er osti suvlari va sirt suv, tuproq va radionuklidli ularni kliring qayta ishlash mumkin.

Grafen oksidi dan Filtrlar maxsus amaliy dasturlar uchun elektron qismlarga ishlab chiqaradi superchistotoy binolar, mumkin. Bu material noyob xususiyatlari nozik kimyoviy shar texnologiya kirib bo'ladi. Xususan, bu radioaktiv tarqoq va nodir metallar qazib olish mumkin. Shunday qilib, Grafen oksidi foydalanish past-sinf rudalardan oltin ajratib olish uchun imkon beradi.