Граф және оны қолдану. графен ашу. Қазіргі заманғы әлемде Нанотехнологиялар

Салыстырмалы жақында Ғылым мен техника саласындағы нанотехнология деп аталатын жаңа алаңы болып табылады. Осы пән бойынша болашағы ғана кең емес. Олар өршіл болып табылады. «Нано» деп аталатын бөлшектердің, кез келген құнын фракциясының бір миллиардтық тең мән болып табылады. Бұл өлшемдер ғана атомдар мен молекулалардың өлшемі салыстыруға болады. Мысалы, нанометрлік метр бір-миллиардтық деп аталады.

ғылымның жаңа саласындағы негізгі бағыты

Нанотехнология молекулалар мен атомдар деңгейде мәселені айлалы сол деп аталады. Сондықтан, ғылымның осы аймақ, сондай-ақ молекулалық технологиясы деп аталады. оны дамыту үшін серпін қандай болды? Қазіргі заманғы әлемде нанотехнология дәрістер арқасында пайда болды Richarda Feynmana. Онда ғалым атомдарының тікелей заттарды құру үшін ешқандай кедергі жоқ екенін дәлелдеді.

ассемблер деп аталатын кішкентай бөлшектердің тиімді айла-шарғы жасау үшін білдіреді. кез келген құрылымын құру үшін пайдалануға болады Бұл молекулалық nanomachine. Мысалы, ассемблер тірі организмдерде ақуыз синтездеу табиғи Рибосома деп атауға болады.

Қазіргі заманғы әлемде нанотехнология сараптама ғана бір ауданы болып табылады. Олар көптеген іргелі ғылымдар тікелей байланысты зерттеулер кең ауқымын ұсынады. Олардың арасында физика, химия және биология болып табылады. Ғалымдардың айтуынша, бұл ғылым алдағы нанотех революция аясында қарсы дамуына ең қуатты серпін болады.

Қолдану саласы

адам қызметінің барлық салаларын атаңыз, нанотехнология бүгін пайдаланылады, онда ол, өйткені өте әсерлі тізімін мүмкін емес. Сондықтан, ғылымның осы саласындағы көмегімен өндіріледі:

- сверхплотных жазу үшін құрылғылар кез келген ақпарат;
- әр түрлі жабдықтар;
- датчиктер, күн батареяларын, жартылай өткізгіш транзисторлар;
- ақпараттық, есептеу және ақпараттық технологиялар;
- nanoimprint және nanolithography;
- энергия сақтау үшін құрылғылар, және отын элементтерін;
- қорғаныс, ғарыш және авиация өтініштер;
- bioinstrumentary.

Ресейде нанотехнология осы ғылыми өрісіне, АҚШ, Жапония және тағы басқа қаржыландыру бірнеше еуропалық елдер жыл сайын бөлінеді. Бұл зерттеудің осы саланы дамыту үшін орасан зор перспективалары байланысты.

Нанотехнологиялар үлкен қаржылық шығындарды ғана емес, қамтамасыз Федералдық мақсатты бағдарлама, бойынша Ресейде дамып, сонымен қатар жобалау және ғылыми-зерттеу жұмыстарын үлкен баланстық отыр. ұлттық және трансұлттық корпорациялардың деңгейінде түрлі ғылыми және технологиялық жүйелерді күш-жігерін біріктіру бара мақсаттарға жету үшін.

жаңа материал

Нанотехнологиялар, оның қалыңдығы бір ғана атом гауһар қиын қарағанда көміртекті плата дайындауды ғалымдар мүмкіндік берді. Ол графен тұрады. Ол кремний компьютерлік чиптер қарағанда әлдеқайда жақсы электр тасымалдайды ғаламдағы ең жұқа және мықты материал.

графен ашылуы біздің өмірімізде көп өзгеріс мүмкіндік береді нақты революциялық іс-шара болып табылады. Бұл материал түбегейлі нәрселер мен заттардың адам табиғатын өзгертеді, сондықтан бірегей физикалық қасиеттері болып табылады.

ашу тарихы

Граф екі өлшемді кристалды болып табылады. Оның құрылымы көміртегі атомдарының тұратын алты бұрышты тор болып табылады. Бұл материал үш өлшемді Кристалл графита салу үшін негіз болып табылады, өйткені графен теориялық зерттеулер, оның нақты конструкциялары алуға бұрын басталды.

Тіпті 1947 Г. П. Volles ол оның құрылымы ұқсас металдар, және ультра релятивтік бөлшектер, нейтрино және безмассовые фотонды ұқсас кейбір сипаттамалары екенін растайтын, графен кейбір қасиеттері бар. Алайда, оның табиғатта, ол бірегей жасауға белгілі бір елеулі айырмашылықтар жаңа материал бар. Бірақ бұл қорытындылар растау Константин тойлайды және қашан, тек 2004 жылы алынды Андрей Geim бірінші тегін күйінде көміртек алынған болатын. Бұл жаңа зат Граф деп аталатын, және ірі жаңалық ғалымдар болды. Бұл элемент қарындашпен болуы мүмкін табу. Оның графит Rod графен бірнеше топтарын құрады. Қалай қарындаш қағаз өз ізін қалдырады ма? факт қабаттарының негізгі компоненттерінің күші қарамастан, олардың арасында өте әлсіз буыны бар, яғни. Олар жазбаша із қалдырып, қағаз байланыста құлап өте оңай болып табылады.

жаңа материалды пайдалану

Ғалымдардың айтуынша, графен негізделген датчиктер, әуе кемесінің беріктігі мен жағдайын талдау, сондай-ақ жер сілкінісі болжауға қабілетті болуы. Бірақ кезде ғана осындай қасиеттері бар материал тамаша қабырға зертханалар түсінікті практикалық қолдану зат бағытында дамиды айналады кетеді. Қазіргі уақытта күні, химиктер, физиктер және электр инженерлер өзінде графен бірегей мүмкіндіктері қызықтырады. заттың ғана бірнеше грамм футбол алаңы тең аумақты, жабылған болуы мүмкін кейін.

Граф және ықтимал жеңіл спутниктер мен ұшақтарды шығаратын қаралады оны қолдану. Бұл салада, жаңа материал ауыстыруға болады көміртегі талшықтар жылы композиттік материалдардан. Наноматериалдар оны электр өткізгіштікті беруге пластиктен орнына кремний транзисторлар және оны іске асыру кезінде пайдаланылуы мүмкін.

Граф және оны пайдалану мәселелері датчик өндірісінде қаралады. Бұл құрылғылар ең қауіпті молекула анықтау мүмкіндігіне ие болады, соңғы материал негізінде қалыптасады. Бірақ кейде электр аккумуляторлар өндіру саласындағы Нано-ұнтақтарын пайдалану олардың тиімділігін арттыру.

Граф және оның қолдану оптоэлектроники талқыланады. Жаңа материалды контейнерлер таза тамақ сақтауға бірнеше апта мүмкіндік беретін өте жеңіл және берік пластмасса шығады.

графен пайдалану және мониторлар, күн батареяларын және күшті және жел турбиналары механикалық әсеріне төзімді үшін қажетті мөлдір өткізгіш жабын өндіру күтілуде.

Негізделген наноматериалдар, медициналық имплантанттарды және supercapacitors жақсы спорттық жабдықты болады.

Сондай-ақ, тиісті Граф және оны қолдану:

- жоғары жиілікті жоғары қуатты электрондық құрылғылар;
- резервуардағы екі сұйықтықты бөлетін жасанды мембраналық;
- әр түрлі материалдардың өткізгіштік қасиеттерін жақсарту;
- органикалық жарық диоды туралы дисплейін құру;
- ДНК Секвенирлеу жаңа әдістерін жедел дамыту;
- сұйық кристалды дисплейлер жетілдіру;
- баллистикалық транзисторлар.

автомобиль өнеркәсібі пайдалану

Зерттеушілердің айтуынша, нақты энергетикалық Граф 65 кВт / кг жақындап. Бұл көрсеткіш литий-ионды батареялар қазіргі уақытта соншалықты ортақ бір қарағанда 47 есе жоғары. Бұл факт, ғалымдар батареяларға арналған зарядтау жаңа буынын жасау үшін пайдаланды.

Граф полимерлік батарея - максималды электр қуаты тиімді бөлінбеген, олар арқылы құрылғы. Қазіргі уақытта, оған жұмыс көптеген елдерде зерттеушілер жүзеге асырылады. Елеулі прогресс осы мәселеде испан ғалымдар қол жеткізді. Граф-полимерлік батарея, олар қолданыстағы батареяларға арналған ұқсас көрсеткіштен жүздеген есе көп энергия тұтыну, бар құрылды. Олар электромобильдерді жабдықтау үшін пайдалануға. орнатылған машина, Граф батареяны, мыңдаған шақырым тоқтаусыз саяхат болады. сарқылуы артық емес 8 минут қажет болады кезде электр энергия көзі қайта зарядтау үшін.

саусақтардың

Ғалымдар жаңа және теңдесі жоқ нәрселерді жасау, графен зерттеуге жалғастыруда. Осылайша, көміртек наноматериалдар кең экран сенсорлы экрандар өндіреді өндірісінде өз өтінімін тапты. мерзімді пайда мен осы түріне икемді құрылғы мүмкін.

Ғалымдар нысанда тікбұрышты болып Граф парағын алды және мөлдір электрод айналдырды. Ол сондай-ақ қатты беріктігін, ашықтығын, икемділік, экологиялық және төмен құнын төмендетуге, сенсорлық экранның жұмысына қатысты.

графен алу

ол жаңа наноматериалдар ашылды кезде 2004 жылдан бастап, ғалымдар оны дайындау әдістерін бірқатар игерді. Алайда, осы жолдардың ең негізгі болып саналады:

- механикалық пилинг;
- вакуумда эпитаксиалды өсу;
- perofaznogo химиялық (CVD-процесс) салқындату.

Осы үш әдістерін бірінші ең қарапайым болып табылады. механикалық қабыршақтану бар Граф өндірістік скотч жабысқақ бетіне графит арнайы бағдарлама болып табылады. Осы құрылған соң, парақтың сияқты, қалаған материалды бөліп, бүгіп, ашаны бастайды. Бұл әдіс графен қолдану кезінде ең жоғары сапасын алу. Алайда, мұндай іс-шаралар наноматериалдар жаппай өндіру үшін қолайлы емес.

жұқа кремний пластина эпитаксиалды өсу әдісін пайдаланған кезде, кремний карбиді болып беткі қабатын пайдаланылады. Әрі қарай, бұл материал өте жоғары температурада (1000 K) қызады кезінде. Химиялық реакциялардың нәтижесінде буланып, оның бірінші көміртек атомдарының кремний атомдарының, бөлінген. Нәтижесінде, рекордтық таза Граф қалады. Бұл әдістің кемшілігі көміртек атомдарының жану кезінде пайда болуы мүмкін өте жоғары температура, пайдалану қажеттілігі болып табылады.

графен жаппай өндіру үшін пайдаланылатын ең сенімді және қарапайым әдісі, бір CVD-процесс. Бұл металл қапталған катализатор мен көмірсутекті газдар арасында химиялық реакция әдісі болып табылады.

Қандай графен шығарады?

Бүгінгі күні, ірі компания, Қытайда орналасқан жаңа наноматериалдар шығарады. дайындаушының атауы - Нинбо Morsh технологиясы. олар 2012 жылы басталды Граф өндірістік.

наноматериала негізгі тұтынушысы компания Чунцин Morsh технологиясы болып табылады. Граф сенсорлы дисплей кірістіріледі өткізгіш мөлдір фильмдер, өндіру үшін оны пайдалануға.

Салыстырмалы жақында, сондай-ақ белгілі компания Nokia бейне датчиктің патент шығарды. Осы бір бөлігі ретінде өте қажетті Граф оптикалық аспап элементтің бірнеше қабаттар болып табылады. камералар датчиктер пайдаланылатын Мұндай материал айтарлықтай (1000 есеге дейін), олардың сезімталдығы арттырады. Сонымен қатар электр энергиясын тұтынуды төмендету байқалады. смартфон үшін жақсы камера, сондай-ақ графен қамтитын болады.

Тұрмыстық ортада дайындау,

ол үйде графен өндіруге бола ма? Бұл иә, шығады! Сіз жай ғана емес, кем дегенде 400 Вт ас блендер әлеуетін алып, мен Ирландияның физиктер әзірлеген әдісін орындаңыз керек.

Қалай үйде графен өндіретін болды? Осы мақсатта блендер кубок кез келген сұйық жуғыш зат 10-25 мл және ұсақталған сланецтен 20-50 грамм қосу арқылы су 500 мл құйып өтті. Әрі қарай құрылғы Граф үлпек суспензия пайда дейін, жарты сағат 10 минутқа дейін іске қосылуы тиіс. нәтижесінде материалдық күн батареяларын электродтар оның пайдалануға мүмкіндік беретін жоғары өткізгіштігі болады. Граф ақ отандық қоршаған ортаға шығарылатын пластиктен қасиеттерін жақсартуға болады.

оксиді наноматериалдар

белсенді Ғалымдар ғылыми-зерттеу және Граф құрылымы осындай ішіндегі немесе көміртек меш шетіне деп молекуласының бекітілген немесе құрамында оттегі бар функционалдық топтар (лар) болып табылады. коммерциялық өндіріс сатысына жеткен алғашқы екі өлшемді суреттер, болып табылатын осы қатты Нано-оксиді. нано- және алынған үлгілер сантиметр Бұл құрылым ғалымдардың микрочастицам бастап.

Осылайша, көміртек diofilizirovannym ұштастыра Граф оксиді жақында қытай ғалымдары алынды. Бұл шағын лепестков гүлінің өткізіледі өте жеңіл материал сантиметр текше болып табылады. Бірақ Граф оксиді әлемдегі ең қатты бірі болып табылатын осы жаңа зат.

биомедициналық өтініштер

Граф оксиді селективті бірегей қасиеті бар. Бұл зат биомедициналық өтініш табуға мүмкіндік береді. Сондықтан, ғалымдардың жұмысы арқасында обыр диагностикасын Граф оксиді пайдалануға мүмкін болды. оның дамуының ерте сатысында обырын анықтау наноматериала бірегей оптикалық және электрлік қасиеттерін береді.

Сондай-ақ, Граф оксиді есірткі және диагностика мақсатты жеткізуді мүмкіндік береді. Осы материалдар негізінде ДНК молекуласының көрсетіп, сорбциялық биосенсорлары болып табылады.

өнеркәсіптік өтініштер

Граф оксидінің негізінде түрлі сорбенттер жұқтырған dezaktsivatsii табиғи және техногендік нысандарына қолданылуы мүмкін. белсенді наноматериала бір кесегін жер асты суларының және жер үсті су, топырақты өңдеуге және радионуклид оларды тазалау мүмкін.

Граф тотығынан Сүзгілер арнайы қосымшалар үшін электрондық компоненттер шығарады superchistotoy үй-жайларды, қамтамасыз ете алады. Осы материалдың бірегей қасиеттері тамаша химиялық сала технологиясы еніп болады. Атап айтқанда, бұл радиоактивті шашыраған және сирек металдар өндіру болуы мүмкін. Осылайша, Граф оксиді пайдалану төмен сортты кеннен алтын шығарып алуға мүмкіндік береді.