Grafen je najjači materijal na Zemlji. 300 puta jači od čelika. List grafena površine jednog kvadratnog metra i debljine od samo jednog atoma sposoban je držati objekt težak 4 kilograma. Grafen se, poput salvete, može savijati, motati i rastezati. Papirna salveta se trga u tvojim rukama. To se neće dogoditi sa grafenom.
Drugi oblici ugljika: grafen, reinforced – ojačani grafen , karabin, dijamant, fuleren, ugljenične nanocevi, „brkovi“.
Opis grafena:
Grafen je dvodimenzionalni alotropni oblik ugljika u kojem atomi raspoređeni u heksagonalnu kristalnu rešetku formiraju sloj debljine jedan atom. Atomi ugljika u grafenu su međusobno povezani sp 2 vezama. Grafen je bukvalno materija tekstil.
Ugljik ima mnogo alotropa. Neki od njih, npr. dijamant i grafit, poznati su dugo vremena, dok su drugi otkriveni relativno nedavno (prije 10-15 godina) - fulereni I ugljične nanocijevi. Treba napomenuti da je grafit, poznat dugi niz decenija, gomila grafenskih listova, tj. sadrži nekoliko grafenskih ravnina.
Dobijene su nove supstance na bazi grafena: grafen oksid, grafen hidrid (koji se naziva grafan) i fluorografen (proizvod reakcije grafena sa fluorom).
Grafen ima jedinstvena svojstva koja mu omogućavaju da se koristi u različitim poljima.
Svojstva i prednosti grafena:
– grafen je najjači materijal na Zemlji. 300 puta jači postati. List grafena površine od jednog kvadratnog metra i debljine od samo jednog atoma sposoban je da drži objekt težak 4 kilograma. Grafen se, poput salvete, može savijati, motati i rastezati. Papirna salveta se trga u tvojim rukama. Ovo se neće dogoditi sa grafenom.
– Zahvaljujući dvodimenzionalnoj strukturi grafena, vrlo je fleksibilan materijal, što će mu omogućiti da se koristi, na primjer, za tkanje niti i drugih struktura užadi. U ovom slučaju, tanko grafensko "uže" bit će slično čvrstoći debelom i teškom čeličnom užetu,
– pod određenim uslovima, grafen aktivira još jednu sposobnost koja mu omogućava da u slučaju oštećenja “zaliječi” “rupe” u svojoj kristalnoj strukturi,
– grafen ima veću električnu provodljivost. Grafen praktično nema otpor. Grafen ima 70 puta veću pokretljivost elektrona nego silicijum. Brzina elektrona u grafenu je 10.000 km/s, iako je u običnom provodniku brzina elektrona oko 100 m/s.
– ima veliki električni kapacitet. Specifični energetski intenzitet grafena približava se 65 kWh/kg. Ova brojka je 47 puta veća od one kod trenutno rasprostranjenih litijum-jonskih baterija. baterije,
– ima visoku toplotnu provodljivost. 10 puta je toplinski provodljiviji bakar,
– karakterizira potpuna optička transparentnost. Apsorbuje samo 2,3% svetlosti,
– grafenski film propušta molekule vode i istovremeno zadržava sve ostale, što mu omogućava da se koristi kao filter za vodu,
– najlakši materijal. 6 puta lakši od pera
– inercija prema okruženje,
– apsorbuje radioaktivni otpad,
– Hvala za Brownovo kretanje(toplotne vibracije) atoma ugljika u grafenskom listu, potonji je sposoban da "proizvodi" električnu energiju,
– je osnova za sklapanje različitih ne samo nezavisnih dvodimenzionalnih materijala, već i višeslojnih dvodimenzionalnih heterostruktura.
Fizička svojstva grafena*:
*na sobnoj temperaturi.
Dobijanje grafena:
Glavni načini za dobijanje grafena su:
– mikromehanički piling grafitnih slojeva (metoda Novoselov-metoda scotch tape). Uzorak grafita stavljen je između traka trake i slojevi su sukcesivno skidani sve dok nije ostao posljednji tanki sloj koji se sastojao od grafena.
– raspršivanje grafit u vodenim sredinama,
– mehanički piling;
– epitaksijalni rast u vakuumu;
– hlađenje hemijske parne faze (CVD proces),
– metoda “znojenja” ugljika iz rastvora u metalima ili tokom razgradnje karbida.
Dobijanje grafena kod kuće:
Morate uzeti kuhinjski blender snage najmanje 400 W. U posudu blendera sipajte 500 ml vode, dodajte 10-25 mililitara bilo kojeg deterdženta i 20-50 grama smrvljene olovke u tečnost. Zatim bi blender trebao raditi 10 minuta do pola sata dok se ne pojavi suspenzija grafenskih pahuljica. Dobiveni materijal će imati visoku provodljivost, što će mu omogućiti da se koristi u elektrodama fotoćelija. Također, grafen proizveden kod kuće može poboljšati svojstva plastike.
Grafen je revolucionarni materijal 21. veka. To je najjača, najlakša i najelektričnija verzija ugljične smjese.
Grafen su otkrili Konstantin Novoselov i Andrej Gejm, radeći na Univerzitetu u Mančesteru, za šta su ruski naučnici nagrađeni nobelova nagrada. Do danas je oko deset milijardi dolara izdvojeno za istraživanje svojstava grafena tokom deset godina, a šuška se da bi mogao biti odlična zamjena za silicijum, posebno u industriji poluprovodnika.
Međutim, dvodimenzionalne strukture slične ovom materijalu na bazi ugljika su predviđene za druge elemente. Periodni sistem hemijski elementi i veoma neobična svojstva Jedna od ovih supstanci je nedavno proučavana. Ova supstanca se zove "plavi fosfor".
Konstantin Novoselov i Andrej Gejm, rođeni u Rusiji, iz Britanije, stvorili su grafen, prozirni sloj ugljenika debljine jednog atoma, 2004. godine. Od tog trenutka, gotovo odmah i svuda, počeli smo da čujemo pohvalne ode o raznim neverovatnim svojstvima materijala, koji ima potencijal da promeni naš svet i nađe svoju primenu u raznim oblastima, od proizvodnje kvantnih kompjutera. za proizvodnju filtera za čistu vodu za piće. Prošlo je 15 godina, ali se svijet pod uticajem grafena nije promijenio. Zašto?
Svi savremeni elektronski uređaji koriste elektrone za prenos informacija. Trenutno je u punom jeku razvoj kvantnih računara, za koje mnogi smatraju da će biti buduća zamjena za tradicionalne uređaje. Međutim, postoji još jedan, ne manje zanimljiv način razvoja. Stvaranje takozvanih fotonskih kompjutera. Nedavno je tim istraživača sa Univerziteta Exeter () otkrio svojstvo čestica koje bi moglo pomoći u dizajnu novih kompjuterskih kola.
Grafenska vlakna pod skenirajućim elektronskim mikroskopom. Čisti grafen se redukuje iz grafen oksida (GO) u mikrotalasnoj pećnici. Skala 40 µm (lijevo) i 10 µm (desno). Foto: Jieun Yang, Damien Voiry, Jacob Kupferberg / Univerzitet Rutgers
Grafen je 2D modifikacija ugljika, formirana od sloja debljine jedan atom ugljika. Materijal ima visoku čvrstoću, visoku toplotnu provodljivost i jedinstvena fizička i hemijska svojstva. Pokazuje najveću pokretljivost elektrona od svih poznatih materijala na Zemlji. Ovo čini grafen gotovo idealnim materijalom za širok spektar primjena, uključujući elektroniku, katalizatore, baterije, kompozitne materijale itd. Sve što je preostalo je naučiti kako proizvoditi visokokvalitetne slojeve grafena u industrijskim razmjerima.
Hemičari sa Univerziteta Rutgers (SAD) pronašli su jednostavnu i brzu metodu za proizvodnju visokokvalitetnog grafena tretiranjem grafen oksida u konvencionalnoj mikrovalnoj pećnici. Metoda je iznenađujuće primitivna i efikasna.
Grafitni oksid je spoj ugljika, vodika i kisika u različitim omjerima, koji nastaje kada se grafit tretira jakim oksidantima. Da biste se riješili preostalog kisika u grafitnom oksidu, a zatim dobili čisti grafen u dvodimenzionalnim listovima, potreban je značajan napor.
Grafitni oksid se miješa sa jakim alkalijama i materijal se dodatno reducira. Rezultat su monomolekularne ploče s ostacima kisika. Ovi listovi se obično nazivaju grafen oksid (GO). Hemičari su pokušali Različiti putevi uklanjanjem viška kiseonika iz GO ( , , , ), ali GO (rGO) redukovan takvim metodama ostaje visoko neuređeni materijal, koji je po svojim svojstvima daleko od pravog čistog grafena dobijenog hemijskim taloženjem iz pare (CVD ili CVD).
Čak iu svom neuređenom obliku, rGO ima potencijal da bude koristan za nosioce energije ( , , , , ) i katalizatore ( , , , ), ali da bi se izvukla maksimalna korist od jedinstvenih svojstava grafena u elektronici, mora se naučiti proizvoditi čiste, visoke -kvalitetan grafen iz GO.
Hemičari sa Univerziteta Rutgers predlažu jednostavan i brz način smanjenje GO na čisti grafen korištenjem mikrovalnih impulsa od 1-2 sekunde. Kao što se može vidjeti na grafikonima, grafen dobijen “mikrovalnom redukcijom” (MW-rGO) je po svojim svojstvima mnogo bliži najčistijem grafenu dobivenom CVD.
Fizičke karakteristike MW-rGO u poređenju sa netaknutim grafen oksidom GO, redukovanim grafen oksidom rGO i hemijskim taloženjem iz pare (CVD) grafenom. Prikazane su tipične GO pahuljice nanesene na silikonsku podlogu (A); rendgenska fotoelektronska spektroskopija (B); Ramanova spektroskopija i omjer veličine kristala (L a) do l 2D /l G omjer vrha u Ramanovom spektru za MW-rGO, GO i CVD (CVD).
Elektronska i elektrokatalitička svojstva MW-rGO u poređenju sa rGO. Ilustracije: Univerzitet Rutgers
Tehnološki proces za dobijanje MW-rGO sastoji se od nekoliko faza.
- Oksidacija grafita modificiranom Hummers metodom i otapanje u jednoslojne pahuljice grafen oksida u vodi.
- Žarenje GO kako bi materijal bio osjetljiviji na mikrovalno zračenje.
- Ozračite GO pahuljice u konvencionalnoj mikrotalasnoj pećnici od 1000 W 1-2 sekunde. Tokom ovog postupka, GO se brzo zagrijava do visoke temperature, dolazi do desorpcije kisikovih grupa i izvrsnog strukturiranja ugljične rešetke.
Slike transmisionog elektronskog mikroskopa pokazuju strukturu listova grafena u skali od 1 nm. Na lijevoj strani je jednoslojni rGO, koji ima mnogo nedostataka, uključujući funkcionalne grupe kisika (plava strelica) i rupe u sloju ugljika (crvena strelica). U sredini i desno su savršeno strukturirani dvoslojni i troslojni MW-rGO. Foto: Univerzitet Rutgers
Veličanstveno strukturna svojstva MW-rGO, kada se koristi u tranzistorima sa efektom polja, omogućava povećanje maksimalne pokretljivosti elektrona na približno 1500 cm 2 /V s, što je uporedivo sa izvanrednim karakteristikama modernih tranzistora sa visoka mobilnost elektrona.
Osim u elektronici, MW-rGO je koristan u proizvodnji katalizatora: pokazao je izuzetno nizak Tafelov koeficijent kada se koristi kao katalizator u reakciji evolucije kisika: otprilike 38 mV po deceniji. MW-rGO katalizator je također ostao stabilan u reakciji evolucije vodonika, koja je trajala više od 100 sati.
Sve ovo ukazuje na odličan potencijal za upotrebu grafena redukovanog mikrovalovima u industriji.
Istraživački članak "Visokokvalitetni grafen putem mikrovalne redukcije rastvorom eksfoliranog grafenskog oksida" objavljeno 1. septembra 2016. u časopisu Nauka(doi: 10.1126/science.aah3398).
Grafenska vlakna pod skenirajućim elektronskim mikroskopom. Čisti grafen se redukuje iz grafen oksida (GO) u mikrotalasnoj pećnici. Skala 40 µm (lijevo) i 10 µm (desno). Foto: Jieun Yang, Damien Voiry, Jacob Kupferberg / Univerzitet Rutgers
Grafen je 2D modifikacija ugljika, formirana od sloja debljine jedan atom ugljika. Materijal ima visoku čvrstoću, visoku toplotnu provodljivost i jedinstvena fizička i hemijska svojstva. Pokazuje najveću pokretljivost elektrona od svih poznatih materijala na Zemlji. Ovo čini grafen gotovo idealnim materijalom za širok spektar primjena, uključujući elektroniku, katalizatore, baterije, kompozitne materijale itd. Sve što je preostalo je naučiti kako proizvoditi visokokvalitetne slojeve grafena u industrijskim razmjerima.
Hemičari sa Univerziteta Rutgers (SAD) pronašli su jednostavnu i brzu metodu za proizvodnju visokokvalitetnog grafena tretiranjem grafen oksida u konvencionalnoj mikrovalnoj pećnici. Metoda je iznenađujuće primitivna i efikasna.
Grafitni oksid je spoj ugljika, vodika i kisika u različitim omjerima, koji nastaje kada se grafit tretira jakim oksidantima. Da biste se riješili preostalog kisika u grafitnom oksidu, a zatim dobili čisti grafen u dvodimenzionalnim listovima, potreban je značajan napor.
Grafitni oksid se miješa sa jakim alkalijama i materijal se dodatno reducira. Rezultat su monomolekularne ploče s ostacima kisika. Ovi listovi se obično nazivaju grafen oksid (GO). Hemičari su pokušali na različite načine da uklone višak kisika iz GO ( , , , ), ali GO (rGO) reduciran ovim metodama ostaje vrlo neuređeni materijal koji je daleko od svojstava pravog čistog grafena dobivenog kemijskim taloženjem iz pare (CVD).
Čak iu svom neuređenom obliku, rGO ima potencijal da bude koristan za nosioce energije ( , , , , ) i katalizatore ( , , , ), ali da bi se izvukla maksimalna korist od jedinstvenih svojstava grafena u elektronici, mora se naučiti proizvoditi čiste, visoke -kvalitetan grafen iz GO.
Hemičari sa Univerziteta Rutgers predlažu jednostavan i brz način da se GO smanji na čisti grafen korištenjem impulsa mikrovalnog zračenja od 1-2 sekunde. Kao što se može vidjeti na grafikonima, grafen dobijen “mikrovalnom redukcijom” (MW-rGO) je po svojim svojstvima mnogo bliži najčistijem grafenu dobivenom CVD.
Fizičke karakteristike MW-rGO u poređenju sa netaknutim grafen oksidom GO, redukovanim grafen oksidom rGO i hemijskim taloženjem iz pare (CVD) grafenom. Prikazane su tipične GO pahuljice nanesene na silikonsku podlogu (A); rendgenska fotoelektronska spektroskopija (B); Ramanova spektroskopija i omjer veličine kristala (L a) do l 2D /l G omjer vrha u Ramanovom spektru za MW-rGO, GO i CVD (CVD).
Elektronska i elektrokatalitička svojstva MW-rGO u poređenju sa rGO. Ilustracije: Univerzitet Rutgers
Tehnološki proces za dobijanje MW-rGO sastoji se od nekoliko faza.
- Oksidacija grafita modificiranom Hummers metodom i otapanje u jednoslojne pahuljice grafen oksida u vodi.
- Žarenje GO kako bi materijal bio osjetljiviji na mikrovalno zračenje.
- Ozračite GO pahuljice u konvencionalnoj mikrotalasnoj pećnici od 1000 W 1-2 sekunde. Tokom ovog postupka, GO se brzo zagrijava do visoke temperature, dolazi do desorpcije kisikovih grupa i izvrsnog strukturiranja ugljične rešetke.
Slike transmisionog elektronskog mikroskopa pokazuju strukturu listova grafena u skali od 1 nm. Na lijevoj strani je jednoslojni rGO, koji ima mnogo nedostataka, uključujući funkcionalne grupe kisika (plava strelica) i rupe u sloju ugljika (crvena strelica). U sredini i desno su savršeno strukturirani dvoslojni i troslojni MW-rGO. Foto: Univerzitet Rutgers
Odlična strukturna svojstva MW-rGO kada se koristi u tranzistorima sa efektom polja omogućavaju povećanje maksimalne pokretljivosti elektrona na približno 1500 cm 2 /V s, što je uporedivo sa izvanrednim performansama modernih tranzistora visoke pokretljivosti elektrona.
Osim u elektronici, MW-rGO je koristan u proizvodnji katalizatora: pokazao je izuzetno nizak Tafelov koeficijent kada se koristi kao katalizator u reakciji evolucije kisika: otprilike 38 mV po deceniji. MW-rGO katalizator je također ostao stabilan u reakciji evolucije vodonika, koja je trajala više od 100 sati.
Sve ovo ukazuje na odličan potencijal za upotrebu grafena redukovanog mikrovalovima u industriji.
Istraživački članak "Visokokvalitetni grafen putem mikrovalne redukcije rastvorom eksfoliranog grafenskog oksida" objavljeno 1. septembra 2016. u časopisu Nauka(doi: 10.1126/science.aah3398).
Relativno nedavno, pojavila se nova oblast u nauci i tehnologiji, koja se zove nanotehnologija. Izgledi za ovu disciplinu nisu samo ogromni. One su ogromne. Čestica koja se zove "nano" je količina jednaka jednom milijardnom dijelu vrijednosti. Takve se veličine mogu usporediti samo s veličinama atoma i molekula. Na primjer, nanometar je milijardni dio metra.
Glavni pravac nove oblasti nauke
Nanotehnologije su one koje manipulišu materijom na nivou molekula i atoma. U tom smislu, ovo polje nauke se naziva i molekularna tehnologija. Šta je bio podsticaj za njen razvoj? Nanotehnologija u savremeni svet pojavio zahvaljujući predavanju u kojem je naučnik dokazao da ne postoje prepreke za stvaranje stvari direktno od atoma.
Alat za efikasnu manipulaciju najmanjim česticama nazvan je asembler. Ovo je molekularna nanomašina s kojom možete izgraditi bilo koju strukturu. Na primjer, prirodni montažer se može nazvati ribosomom koji sintetizira protein u živim organizmima.
Nanotehnologija u savremenom svijetu nije samo posebna oblast znanja. Oni predstavljaju ogromno područje istraživanja koje je direktno povezano sa mnogima osnovne nauke. To uključuje fiziku, hemiju i biologiju. Prema naučnicima, upravo će ove nauke dobiti najmoćniji podsticaj za razvoj u pozadini nadolazeće nanotehnološke revolucije.
Područje primjene
Nemoguće je nabrojati sve oblasti ljudske aktivnosti u kojima se danas koristi nanotehnologija zbog veoma impresivne liste. Dakle, uz pomoć ove oblasti nauke proizvodi se:
Uređaji dizajnirani za ultra gusto snimanje bilo koje informacije;
- razna video oprema;
- senzori, poluprovodnički tranzistori;
- informacione, računarske i informacione tehnologije;
- nanoimprinting i nanolitografija;
- uređaji za skladištenje energije i gorive ćelije;
- primjene u odbrani, svemiru i avijaciji;
- bioinstrumentacija.
Svake godine se sve više sredstava izdvaja za naučnu oblast kao što je nanotehnologija u Rusiji, SAD, Japanu i nizu evropskih zemalja. To je zbog širokih izgleda za razvoj ove oblasti istraživanja.
Nanotehnologije u Rusiji se razvijaju prema ciljanom federalnom programu, koji obezbjeđuje ne samo velike finansijske troškove, već i veliki obim projektantskog i istraživačkog rada. Za ostvarivanje postavljenih zadataka udružuju se napori različitih naučnih i tehnoloških kompleksa na nivou nacionalnih i transnacionalnih korporacija.
Novi materijal
Nanotehnologija je omogućila naučnicima da naprave karbonsku ploču tvrđu od dijamanta koja je debela samo jedan atom. Sastoji se od grafena. Ovo je najtanji i najjači materijal u čitavom svemiru, koji prenosi električnu energiju mnogo bolje od silicijuma u kompjuterskim čipovima.
Otkriće grafena smatra se pravim revolucionarnim događajem koji će mnogo toga promijeniti u našim životima. Ovaj materijal je tako jedinstven fizička svojstva, što radikalno mijenja čovjekovo razumijevanje prirode stvari i supstanci.
Istorija otkrića
Grafen je dvodimenzionalni kristal. Njegova struktura je heksagonalna rešetka koja se sastoji od atoma ugljika. Teorijska istraživanja Istraživanje grafena počelo je mnogo prije proizvodnje njegovih stvarnih uzoraka, budući da je ovaj materijal osnova za konstrukciju trodimenzionalnog kristala grafita.
P. Wallace je još 1947. godine ukazao na neka svojstva grafena, dokazujući da je njegova struktura slična metalima, a neke karakteristike slične onima koje posjeduju ultrarelativističke čestice, neutrini i fotoni bez mase. Međutim, novi materijal ima i određene značajne razlike koje ga čine jedinstvenim u prirodi. Ali potvrda ovih zaključaka dobijena je tek 2004. godine, kada je Konstantin Novoselov prvi put dobio ugljenik u slobodnom stanju. Ova nova supstanca, nazvana grafen, postala je veliko otkriće naučnika. Ovaj element možete pronaći u olovci. Njegov grafitni štap se sastoji od mnogo slojeva grafena. Kako olovka ostavlja trag na papiru? Činjenica je da, unatoč snazi slojeva koji čine štap, među njima postoje vrlo slabe veze. Vrlo lako se raspadaju u dodiru sa papirom, ostavljajući trag prilikom pisanja.
Korištenje novog materijala
Prema naučnicima, senzori zasnovani na grafenu moći će da analiziraju snagu i stanje letelice, kao i da predvide zemljotrese. Ali tek kada materijal sa tako nevjerovatnim svojstvima napusti zidove laboratorija, postaće jasno u kojem smjeru će razvoj ići praktična primjena ove supstance. Danas su se fizičari, kao i inženjeri elektronike, već zainteresirali za jedinstvene mogućnosti grafena. Uostalom, samo nekoliko grama ove supstance može pokriti površinu koja je jednaka fudbalskom terenu.
Grafen i njegove primjene potencijalno se razmatraju u proizvodnji lakih satelita i aviona. U ovoj oblasti, novi materijal može zamijeniti nanomaterijale. Nanosupstanca se može koristiti umjesto silicija u tranzistorima, a njeno uvođenje u plastiku će joj dati električnu provodljivost.
Grafen i njegova upotreba se također razmatraju u proizvodnji senzora. Ovi uređaji, zasnovani na najnoviji materijal, moći će otkriti najopasnije molekule. Ali upotreba nanosupstanci u prahu u proizvodnji električnih baterija značajno će povećati njihovu efikasnost.
Grafen i njegova primjena razmatraju se u optoelektronici. Novi materijal će napraviti vrlo laganu i izdržljivu plastiku, posude iz koje će hranu održavati svježom nekoliko sedmica.
Očekuje se da će upotreba grafena napraviti prozirni provodljivi premaz potreban za monitore, solarne panele i vjetroturbine koji su jači i otporniji na mehanička opterećenja.
Najbolja sportska oprema, medicinski implantati i superkondenzatori biće napravljeni na bazi nanomaterijala.
Grafen i njegova upotreba su također relevantni za:
Elektronički uređaji visoke frekvencije velike snage;
- veštačke membrane koje razdvajaju dve tečnosti u rezervoaru;
- poboljšanje provodljivosti različitih materijala;
- kreiranje displeja na organskim svetlećim diodama;
- savladavanje nove tehnologije za ubrzano sekvenciranje DNK;
- poboljšanja displeja sa tečnim kristalima;
- stvaranje balističkih tranzistora.
Automobilska upotreba
Prema istraživačima, specifični energetski intenzitet grafena je blizu 65 kWh/kg. Ova brojka je 47 puta veća od one kod sada tako uobičajenih litijum-jonskih baterija. Naučnici su ovu činjenicu iskoristili za stvaranje nove generacije punjača.
Grafen-polimer baterija je uređaj pomoću kojeg se najefikasnije zadržava. Električna energija. Trenutno na njemu rade istraživači iz mnogih zemalja. Španski naučnici su postigli značajan uspeh u ovom pitanju. Grafen-polimerska baterija koju su stvorili ima energetski kapacitet stotine puta veći od postojećih baterija. Koristi se za opremanje električnih vozila. Automobil u koji je ugrađen može preći hiljade kilometara bez zaustavljanja. Neće biti potrebno više od 8 minuta za punjenje električnog vozila kada je energetski resurs iscrpljen.
Ekrani na dodir
Naučnici nastavljaju da istražuju grafen, stvarajući nove i jedinstvene stvari. Tako je ugljenični nanomaterijal našao svoju primenu u proizvodnji za proizvodnju ekrana osetljivih na dodir velike dijagonale. U budućnosti bi se mogao pojaviti fleksibilan uređaj ove vrste.
Naučnici su dobili pravougaoni list grafena i pretvorili ga u prozirnu elektrodu. On je taj koji je uključen u rad ekrana na dodir, a odlikuje ga izdržljivost, povećana transparentnost, fleksibilnost, ekološka prihvatljivost i niska cijena.
Dobijanje grafena
Od 2004. godine, kada je otkriven najnoviji nanomaterijal, naučnici su savladali niz metoda za njegovu proizvodnju. Međutim, najosnovnije od njih su sljedeće metode:
Mehanički piling;
- epitaksijalni rast u vakuumu;
- hemijsko perifazno hlađenje (CVD proces).
Prva od ove tri metode je najjednostavnija. Proizvodnja grafena mehaničkim pilingom uključuje nanošenje specijalnog grafita na ljepljivu površinu izolacijske trake. Nakon toga, baza, poput lista papira, počinje se savijati i savijati, odvajajući željeni materijal. Prilikom upotrebe ovu metodu grafen se dobija sam Visoka kvaliteta. Međutim, takve radnje nisu prikladne za masovna proizvodnja ovog nanomaterijala.
Kada se koristi metoda epitaksijalnog rasta, koriste se tanke silikonske pločice čiji je površinski sloj silicijum karbid. Zatim se ovaj materijal zagrijava na vrlo visokoj temperaturi (do 1000 K). Kao rezultat kemijske reakcije, atomi silicija se odvajaju od atoma ugljika, od kojih prvi isparavaju. Kao rezultat, čisti grafen ostaje na ploči. Nedostatak ove metode je potreba za korištenjem vrlo visokih temperatura na kojima može doći do sagorijevanja atoma ugljika.
Najpouzdaniji i na jednostavan način CVD proces koji se koristi za masovnu proizvodnju grafena. To je metoda u kojoj hemijska reakcija između metalnog premaza katalizatora i ugljikovodičnih plinova.
Gdje se proizvodi grafen?
Danas se najveća kompanija koja proizvodi novi nanomaterijal nalazi u Kini. Naziv ovog proizvođača je Ningbo Morsh Technology. Počeo je sa proizvodnjom grafena 2012.
Glavni potrošač nanomaterijala je Chongqing Morsh Technology. Koristi grafen za proizvodnju provodljivih prozirnih filmova koji se ubacuju u ekrane na dodir.
Relativno nedavno, poznata kompanija Nokia prijavila je patent za fotoosjetljivu matricu. Ovaj element, toliko neophodan za optičke uređaje, sadrži nekoliko slojeva grafena. Ovaj materijal, koji se koristi na senzorima kamere, značajno povećava njihovu osjetljivost na svjetlost (do 1000 puta). Istovremeno dolazi do smanjenja potrošnje električne energije. Dobra kamera pametnog telefona će takođe sadržati grafen.
Račun kod kuće
Da li je moguće napraviti grafen kod kuće? Ispostavilo se da da! Samo trebate uzeti kuhinjski blender snage od najmanje 400 W i slijediti metodu koju su razvili irski fizičari.
Kako napraviti grafen kod kuće? Da biste to učinili, u posudu blendera ulijte 500 ml vode, dodajući 10-25 mililitara bilo kojeg deterdženta i 20-50 grama usitnjenog olova u tečnost. Zatim bi uređaj trebao raditi 10 minuta do pola sata, dok se ne pojavi suspenzija grafenskih pahuljica. Dobiveni materijal će imati visoku provodljivost, što će mu omogućiti da se koristi u elektrodama fotoćelija. Također, grafen proizveden kod kuće može poboljšati svojstva plastike.
Oksidi nanomaterijala
Naučnici aktivno proučavaju strukturu grafena, koji ima pričvršćene funkcionalne grupe i/ili molekule koje sadrže kisik unutar ili duž rubova ugljične mreže. To je oksid najtvrđe nanosupstance i prvi je dvodimenzionalni materijal koji je dostigao fazu komercijalne proizvodnje. Naučnici su od nano- i mikročestica ove strukture napravili uzorke veličine centimetra.
Tako su kineski naučnici nedavno dobili grafen oksid u kombinaciji s diofiliziranim ugljikom. Ovo je vrlo lagan materijal, čija se centimetarska kocka drži na laticama malog cvijeta. Ali u isto vrijeme, nova supstanca, koja sadrži grafen oksid, jedna je od najtvrđih na svijetu.
Biomedicinska aplikacija
Grafen oksid ima jedinstveno svojstvo selektivnosti. To će omogućiti ovoj tvari da nađe biomedicinsku upotrebu. Tako je, zahvaljujući radu naučnika, postalo moguće koristiti grafen oksid za dijagnostiku raka. Jedinstveni optički i električna svojstva nanomaterijala.
Grafen oksid također omogućava ciljanu isporuku lijekova i dijagnostiku. Na osnovu ovog materijala kreiraju se sorpcijski biosenzori koji ukazuju na molekule DNK.
Industrijska primjena
Za dekontaminaciju kontaminiranih umjetnih i prirodnih objekata mogu se koristiti različiti sorbenti na bazi grafenskog oksida. Osim toga, ovaj nanomaterijal je sposoban za obradu pod zemljom i površinske vode, kao i tla, očistivši ih od radionuklida.
Grafen oksidni filteri mogu osigurati super čiste prostorije u kojima se proizvode elektronske komponente posebne namjene. Jedinstvena svojstva ovog materijala omogućit će nam da prodremo u suptilne tehnologije hemijskog polja. Konkretno, to može biti ekstrakcija radioaktivnih, tragova i rijetkih metala. Stoga će korištenje grafenskog oksida omogućiti ekstrakciju zlata iz ruda niskog kvaliteta.
