Grafeno ea súa aplicación. O descubrimento de grafeno. Nanotecnoloxía no mundo moderno

Hai relativamente pouco tempo en Ciencia e Tecnoloxía é unha nova área, chamada nanotecnoloxía. Perspectivas para esta disciplina non é só grande. Son ambiciosos. A partícula, chamada "nano" é un valor igual a un billón de unha fracción de calquera valor. Estes tamaños só se pode comparar co tamaño de átomos e moléculas. Por exemplo, un nanómetro é chamado un billón de un metro.

A dirección principal do novo campo da ciencia

Nanotecnoloxía chamado quen manipular o tema sobre o nivel de moléculas e átomos. Polo tanto, esta área da ciencia é tamén chamado de tecnoloxía molecular. Cal foi o impulso para o desenvolvemento? Nanotecnoloxía no mundo moderno apareceron grazas ás conferencias Richard Feynmana. Nel, o científico demostrou que non existen obstáculos á creación de cousas directamente dos átomos.

Medios para a manipulación efectiva de partículas minúsculas chamadas montador. Este nanomachine molecular, que se pode usar para construír calquera estrutura. Por exemplo, o montador pode ser chamado ribosoma naturais sintetizar unha proteína en organismos vivos.

Nanotecnoloxía no mundo moderno non só unha única área de especialización. Representan unha ampla gama de procuras directamente relacionadas con moitas ciencias fundamentais. Entre eles están física, química e bioloxía. Segundo os científicos, estas ciencias terá o máis poderoso impulso para o desenvolvemento no contexto da revolución nanotecnológica benvida.

esfera de aplicación

Liste todas as esferas da actividade humana, en que a nanotecnoloxía é usada hoxe, é imposible por mor da lista moi impresionante. Así, coa axuda deste campo da ciencia son producidos:

- dispositivos de gravación superdensa calquera información;
- varios equipos;
- sensores, células solares, transístores semicondutores;
- información, computación e tecnoloxía da información;
- nanoimpressão e nanolithography;
- Aparatos para almacenamento de enerxía, e as células de combustible;
- aplicacións de defensa, espazo e aviación;
- bioinstrumentary.

Nesta área científica da nanotecnoloxía en Rusia, Estados Unidos, Xapón e varios países europeos con máis financiamento asignado a cada ano. Isto é debido ás amplas perspectivas para o desenvolvemento deste sector da investigación.

A nanotecnoloxía está desenvolvendo en Rusia de acordo co programa de obxectivos Federal, que ofrece non só grandes custos financeiros, senón tamén cargando unha gran cantidade de deseño e traballos de investigación. Para acadar os obxectivos van unir os esforzos de varios sistemas científicos e tecnolóxicos ao nivel das empresas nacionais e multinacionais.

novo material

Nanotecnoloxía, permitiron aos científicos para producir unha tarxeta de carbono máis duro que o diamante, a súa espesura é só un átomo de. Consiste de grafeno. É o material máis fino e máis forte no universo, que transmite electricidade moito mellor que chips de ordenador silicio.

O descubrimento do grafeno é un evento revolucionario real, o que permitirá que moitos cambios na nosa vida. Este material é propiedades físicas tan único que cambia fundamentalmente a natureza humana das cousas e substancias.

Historia do descubrimento

Grafeno é un cristal bidimensional. A súa estrutura é unha rede hexagonal que consiste en átomos de carbono. Estudos teóricos de grafeno comezou moito antes de comezar os seus proxectos reais, xa que este material é a base para a construción dun cristal de grafito tridimensional.

Mesmo en 1947 G. P. Volles posúe algunhas propiedades de grafeno, probando que a súa estrutura e metais similares, e algunhas das características semellantes ás das partículas ultra-relativista, neutrinos e fotóns sen masa. Con todo, o novo material existen algunhas diferenzas significativas que o fan único na súa natureza. Pero a confirmación destes resultados obtívose só en 2004, cando Konstantin Novoselov e Andrey Geim obtívose por primeira vez polo carbono no estado libre. Esta nova substancia é chamado grafeno, e foi un dos principais científicos de descubrimento. Ver esta entrada pode ser a lapis. A súa punta de grafito está composta de varias capas de grafeno. Como é que un lapis deixa unha marca no papel? O feito é que, a pesar da forza dos compoñentes do núcleo das capas, hai unha ligazón moi feble entre eles. Son moi fácil caer en contacto co papel, deixando un rastro escrita.

Usando o novo material

Segundo os científicos, os sensores que están baseados en grafeno, ser capaz de analizar a forza ea condición da aeronave, así como para prever terremotos. Pero só cando o material con tales propiedades deixará laboratorios de parede impresionantes fan a claras aplicación práctica desenvolverá na dirección da sustancia. No presente día, químicos, físicos e enxeñeiros eléctricos xa están interesados nas capacidades únicas de grafeno. Despois de só uns gramos de sustancia pode ser cuberto territorio, igual a un campo de fútbol.

Grafeno ea súa aplicación potencialmente considerado na produción de satélites lixeiros e avións. Nesta área, o novo material pode substituír as fibras de carbono nos materiais compostos. Os nanomateriais poden ser utilizados en vez de transistores de silicio e á súa aplicación en plástico dan a condutividade eléctrica.

Grafeno eo seu uso son considerados na fabricación de sensor de temas. Estes dispositivos son formados na base do último material poderá detectar a molécula máis perigoso. Pero o uso de nano-post na produción de baterías eléctricas, por veces, para aumentar a súa eficacia.

Grafeno ea súa aplicación son discutidos en optoeletrônica. Do novo material sairá plástico moi lixeiro e duradeiro a partir do cal os envases permitirá unhas semanas para manter os alimentos frescos.

Espérase que o uso de grafeno e para a fabricación dun revestimento condutor transparente, necesaria para monitores, paneis solares e unha máis forte e máis resistente aos efectos mecánicos de turbinas eólicas.

nanomaterial base terá unha mellor equipamento deportivo, implantes médicos e supercapacitores.

Ademais, o grafeno ea súa aplicación relevantes para:

- dispositivos electrónicos de alta potencia de alta frecuencia;
- membrana artificial que separa dúas líquido no tanque;
- mellora das propiedades de condutividade de diversos materiais;
- a creación dun visor na orgánico emisor de luz de diodo;
- acelerou o desenvolvemento de novas técnicas de secuenciación de ADN;
- mellora das pantallas de cristal líquido;
- transistores balísticos.

O seu uso na industria automotiva

Segundo os investigadores, a enerxía específica achega do grafeno 65 kWh / kg. Este valor é 47 veces maior que o que son tan comúns hoxe en día baterías de litio. Este feito, os científicos teñen usado para crear unha nova xeración de cargador de batería.

batería de polímero grafeno - o dispositivo a través do cal a enerxía eléctrica máxima eficiencia retida. Actualmente, o traballo sobre el é realizado por investigadores en moitos países. progresos significativos alcanzados científicos españois nesta materia. batería de grafeno-polímero, crearon ten consumo de enerxía, centos de veces maior que unha figura semellante a baterías existentes. Eles usalo para equipar os vehículos eléctricos. A máquina, que está instalado batería grafeno, pode viaxar sen parar miles de quilómetros. Para recargar a fonte de enerxía eléctrica cando a esgotamento non van ter máis de 8 minutos.

touchscreens

Os científicos seguen a explorar o grafeno, creando un novo e inigualables cousas. Así, o nano-material de carbono se atopou a súa aplicación na produción que produce pantallas táctiles con pantalla ancho. O termo pode aparecer e dispositivo flexible deste tipo.

Os científicos unha folla de grafeno é de forma rectangular e transformouno nun electrodo transparente. Tamén participou no traballo da pantalla táctil, reducindo a durabilidade, transparencia, flexibilidad, respecto polo ambiente e de baixo custo.

obtención de grafeno

Desde 2004, cando foi inaugurado o máis novo nanomateriais, os científicos teñen dominado unha serie de métodos para a súa preparación. Con todo, o máis básico destas formas son consideradas:

- esfoliação mecánica;
- crecemento epitaxial en baleiro;
- refrixeración perofaznogo química (-processo CVD).

O primeiro destes tres métodos é o máis simple. produción grafeno con esfoliação mecánica é unha aplicación especial de grafito á superficie adhesiva de cinta adhesiva. Tras este fundamento, como unha folla de papel, comezan a dobrar e unbend, separando o material desexado. Para aplicar este método grafeno obter a máis alta calidade. Con todo, estas accións non son axeitados para a produción en masa de nanomateriais.

Cando se utiliza o método de crecemento epitaxial de galletas de silicio finas son utilizadas, a capa superficial que é de carburo de silicio. Ademais, este material é Calefacción a unha temperatura moi elevada (1000 K). Como resultado das reaccións químicas é separado a partir dos átomos de silicio de átomos de carbono, o primeiro dos cales se vaporizam. Como resultado, o rexistro permanece pura de grafeno. A desvantaxe deste método é a necesidade de utilización de temperaturas moi elevadas, que poden ocorrer durante a combustión de átomos de carbono.

O método máis fiable e sinxelo usado para a produción en masa de grafeno, un proceso de CVD. É un método no que a reacción química entre o catalizador e os gases de hidrocarburos revestidos por metal.

Que produce grafeno?

Ata a data, a maior empresa, produce unha nova nanomaterial está situada en China. O nome do fabricante - Ningbo Morsh Technology. produción de grafeno que comezou en 2012.

O principal consumidor do nanomaterial é unha empresa Chongqing Morsh Technology. Grafeno usalo para a produción de películas transparentes condutoras, que son introducidos na pantalla táctil.

Hai relativamente pouco tempo, unha empresa ben coñecida Nokia emitiu unha patente sobre o sensor de imaxe. Como parte deste moi necesaria é algunhas capas de grafeno elemento instrumento óptico. Un tal material utilizado nos sensores de cámaras aumenta grandemente a súa sensibilidade (ata 1000 veces). Ao mesmo tempo, observou redución no consumo de electricidade. Boa cámara para o smartphone tamén conterá grafeno.

Preparación dun ambiente doméstico,

Pode producir grafeno na casa? Acontece, si! Só ten que ter unha capacidade de liquidificador de cociña non inferior a 400 W, e seguir o método desenvolvido polos físicos irlandeses.

Como producir grafeno na casa? Para estes efectos, o vaso de mesturar foi derramada 500 ml de auga por adición de 10-25 ml de calquera deterxente líquido e 20-50 gramos de lousa triturada. Ademais, o dispositivo debe ser executado a partir de 10 minutos a media hora, ata a aparición dun cartafol de flocos de grafeno. O material resultante terá unha alta condutividade que ía permitir a súa utilización nos electrodos de células solares. Grafeno tamén pode mellorar as propiedades do plástico producido no ámbito doméstico.

nanomaterial óxido de

Científicos Buscar activamente e estrutura grafeno de tal xeito que no interior ou sobre os bordos da malla de carbono está conectado ou grupos funcionais contendo osíxeno (s) da molécula. Este Nano-óxido sólido que é as primeiras imaxes bidimensionais, que teñan acadar a fase de produción comercial. De nano- e micropartulas desta estrutura científicos centímetro mostras producidas.

Así, o óxido de grafeno en combinación con diofilizirovannym carbono foi recentemente obtido por científicos chineses. Este é un cubo centímetro material moi lixeiro, que se realiza nas pétalas dunha flor pequena. Pero esta nova substancia, en que o óxido de grafeno é un dos máis sólidos do mundo.

aplicacións biomédicas

óxido de grafeno ten unha propiedade única de selectividade. Isto permitirá que a substancia para atopar unha aplicación biomédica. Así, grazas ao traballo de científicos se puido utilizar óxido de grafeno para o diagnóstico de cancro. Detectar o cancro nunha fase temperá do seu desenvolvemento permitirá únicas propiedades ópticas e eléctricas do nano-material.

Tamén óxido de grafeno permite a entrega dirixida de fármacos e diagnósticos. Con base neste material son biossensores de sorção, apuntando para a molécula de ADN.

aplicacións industriais

Varios sorventes baseados no óxido de grafeno pode aplicarse aos obxectos naturais ou provocadas polo home dezaktsivatsii infectados. Un corte de nanomaterial activo pode procesar augas subterráneas e superficiais, do solo e limpa-los a partir do radionuclídeo.

Filtros de óxido de grafeno pode proporcionar instalacións superchistotoy, que produce compoñentes electrónicos para aplicacións especiais. As propiedades únicas deste material pode penetrar Sphere tecnoloxía de química fina. En particular, esta pode ser a extracción de metais dispersos e raras radioactivas. Así, o uso de óxido de grafeno permite extraer ouro de minerais de baixo grao.