Grafen ve uygulama. grafen keşif. Modern dünyada Nanoteknoloji

Nispeten yakın zamanda Bilim ve Teknoloji nanoteknoloji adı verilen yeni bir alandır. Bu disiplin Beklentiler sadece büyük değil. Bunlar hırslı. "Nano" olarak anılacaktır parçacık, herhangi bir değer bir kısmını milyarda biri kadar bir değerdir. Bu boyutlar sadece atomu ve moleküllerin büyüklüğü ile karşılaştırılabilir. Örneğin, bir nanometre, metrenin milyarda biri denir.

Bilimin yeni alanın ana yönü

Nano molekül ve atomların düzeyde maddeyi manipüle olanlar olarak adlandırılan. Bu nedenle, bu bilim alanı da moleküler teknoloji denir. onun gelişimi için itici güç neydi? Modern dünyada Nanoteknoloji dersler sayesinde ortaya çıkmıştır Richarda Feynmana. İçinde bilim adamı doğrudan atomlardan şeylerin yaratılması için hiçbir engel olmadığını kanıtlamıştır.

Çevirici adı verilen küçük parçacıkların etkin manipülasyonu için araçlar. herhangi bir yapıyı oluşturmak için kullanılabilen bu molekül nanomakinedir. Örneğin, montajcı canlı organizmaların bir protein sentezleme doğal ribozom çağrılabilir.

Modern dünyada Nanoteknoloji uzmanlık sadece tek alan değildir. Bunlar doğrudan birçok temel bilimler ile ilgili araştırma geniş bir kapsamı temsil etmektedir. Aralarında fizik, kimya ve biyoloji vardır. Bilim adamlarına göre, bu bilimler gelen nanoteknoloji devrimi fonunda gelişmesine en güçlü ivme olacaktır.

uygulama alanı

Bunun nedeni çok etkileyici listenin imkansızdır nanoteknoloji kullanılan bugün insan faaliyetinin, tüm küreleri listeleyin. Yani, bu bilim alanının yardımıyla üretilir:

- süper yoğun kayıt herhangi bir bilgi için cihazları;
- Çeşitli ekipman;
- sensör, güneş pilleri, yarı iletken transistörler;
- bilgi, bilgi işlem ve bilgi teknolojisi,
- nanoimprint ve Nanolitografi;
- enerji depolamak için cihazlar ve yakıt hücreleri;
- Savunma, uzay ve havacılık uygulamaları;
- bioinstrumentary.

Rusya, ABD, Japonya ve daha fon ile birkaç Avrupa ülkesinde nanoteknoloji bu bilimsel alanda her yıl tahsis edilir. Bu araştırmaların bu alanda gelişmesi için büyük umutları kaynaklanmaktadır.

Nanoteknoloji sadece büyük bir mali giderlerini sağlayan Federal hedef programa göre Rusya'da gelişen değil, aynı zamanda tasarım ve araştırma çalışmaların büyük miktarda taşıyor. Ulusal ve çok uluslu şirketlerin düzeyinde çeşitli bilimsel ve teknolojik sistemlerin çabaları birleştirme gidiş hedeflere ulaşmak.

yeni malzeme

Nano, kalınlığı sadece bir atomu, elmas daha sert bir karbon levha üretmek için bilim adamları sağlamıştır. Bu grafen oluşmaktadır. Bu kadar silikon bilgisayar çipleri daha iyi elektrik ileten evrenin, en ince ve en güçlü malzemedir.

grafen keşif hayatımızda çok değişiklik sağlayacak bir gerçek devrimci bir olaydır. Bu malzeme temelde şeyler ve maddelerin insan doğasını değiştirir böylece benzersiz fiziksel özellikleridir.

keşif Tarihçesi

Grafen iki boyutlu bir kristaldir. Bunun yapısı, karbon atomlarından oluşan altıgen bir kafestir. grafen Teorik çalışmalar bu malzemenin üç boyutlu grafit kristal inşa temelidir çünkü onun gerçek tasarımlar almadan önce uzun başlamıştır.

Hatta 1947 G.P. Volles o yapısı ultra parçacıkların özellikleri, nötron ve kütlesiz bir foton benzer benzeri metaller ve bazı özellikleri olduğuna dair kanıtlar grafin bazı özelliklere sahiptir. Ancak, yeni malzeme doğası içinde onu eşsiz kılan bazı önemli farklılıklar vardır. Konstantin Novoselov ve ne zaman Fakat bu bulguların teyit sadece 2004 yılında elde edilmiştir Andrey GEIM ilk serbest halde karbon ile elde edilmiştir. Bu yeni madde grafin denir ve önemli bir keşif bilim adamları oldu. kalem olabilir bu maddeyi bulun. Bu grafit çubuk grafin oluşan birden fazla katmandan oluşmaktadır. Nasıl bir kalem kağıt üzerinde iz bırakır mı? Aslında tabakalarının çekirdek bileşenlerinin gücüne rağmen, bunların arasında çok zayıf bir bağlantı vardır, yani. Bunlar yazılı bir iz bırakarak, kağıt ile temas halinde düşmek çok kolaydır.

yeni malzeme kullanma

Bilim adamlarına göre, grafen dayanan sensörler, uçağın gücünü ve durumunu analiz etmek, hem de deprem tahmin edebilmek. Böyle özelliklere sahip malzeme çarpıcı duvar laboratuvarları haline bırakacaktır sadece Fakat berrak pratik uygulama maddesinin yönünde gelişecektir. Şu anda günde, kimyagerler, fizikçiler ve elektrik mühendisleri zaten grafen benzersiz özelliklerinden ilgileniyor. Maddenin sadece birkaç gram bir futbol sahası eşit toprakları, örtülebilir sonra.

Grafen ve uygulama potansiyel hafif uyduları ve uçakları üretiminde düşündü. Bu alanda, yeni malzeme yerine karbon lifleri de kompozit malzeme. Nano malzemeler yerine silikon transistörlerin kullanılabilir ve plastik uygulanması elektrik iletkenliği sağlar.

Grafen ve kullanımı maddeler sensör üretiminde kabul edilir. Bu cihazlar en tehlikeli molekülü tespit etmek mümkün olacak en son malzemenin temelinde oluşturulur. Ama zaman zaman elektrik pilleri üretiminde Nano tozlarının kullanımı etkinliklerini arttırmak.

Grafen ve uygulama optoelektronik tartışılmıştır. Yeni malzeme konteynerleri gıda taze tutmak için birkaç hafta sağlayacak olan çok hafif ve dayanıklı plastik dışarı dönecek.

ve Grafende kullanımı şeffaf iletken bir monitör, güneş panelleri için gerekli olan kaplama ve üretim beklenen daha güçlü bir rüzgar türbini mekanik etkilere daha dayanıklıdır.

Tabanlı nanomateryal daha iyi bir spor malzemeleri, tıbbi implantlar ve süperkapasitörlerin olacaktır.

Ayrıca, grafin ve uygulama ile ilgili:

- yüksek frekanslı, yüksek güç elektronik cihazlar;
- yapay membran tankı içinde iki sıvı ayrılması;
- çeşitli malzemelerin iletkenlik özelliklerini iyileştirmek;
- yayan diyot organik ışık bir görüntü yaratmak;
- DNA dizi yeni teknikler gelişimini hızlandırdı;
- sıvı kristal ekranlar iyileştirilmesi;
- balistik transistörleri.

Otomotiv sektöründe kullanımı

Araştırmacılara göre, belirli enerji grafin 65 kWh / kg yaklaşır. Bu şekil, günümüzde lityum iyon pil çok yaygın olan bir daha 47 kat daha yüksektir. Bu gerçek, bilim adamları pil şarj yeni nesil oluşturmak için kullandık.

Graphene polimer batarya - maksimum elektrik etkili bir şekilde muhafaza bunun vasıtasıyla cihazı. Şu anda, üzerinde çalışma birçok ülkede araştırmacılar tarafından yürütülür. Önemli bir ilerleme, bu konuda İspanyol bilim adamları elde etti. Grafen-polimer pil, onlar mevcut piller için de benzer bir figür daha yüzlerce kez daha, enerji tüketimine sahiptir yarattı. Onlar elektrikli araçlar donatmak için kullanabilirsiniz. yüklendiğinde makine, grafin pili, binlerce kilometre durmadan seyahat edebilirsiniz. tükenme 8 dakikadan fazla ihtiyacınız olacak elektrik enerjisi kaynağını şarj etmek.

dokunmatik ekran

Bilim adamları yeni ve benzersiz şeyler yaratmak, grafen araştırmaya devam. Bu durumda, karbon nano malzeme geniş ekran, dokunmatik ekranlar üreten üretimindeki bir kullanım alanı bulmuştur. terimi, görünür ve bu tür esnek cihaz olabilir.

Bilim adamları grafin levha dikdörtgen şeklinde var ve şeffaf elektrot içine döndü. O da büyük ölçüde dayanıklılık, şeffaflık, esneklik, çevre dostu ve düşük maliyetini azaltır, dokunmatik ekranın çalışmalarına katılmıştır.

elde grafin

en yeni nanomalzemeleri açıldı 2004 yılından bu yana, bilim adamları bunun hazırlanması için çeşitli yöntemler hakim olması. Ancak bu yollardan en temel kabul edilir:

- mekanik tabaka;
- vakumda epitaksiyal büyümesi;
- perofaznogo kimyasal soğutucu (CVD prosesi).

Bu üç yöntemden ilk en basit. Mekanik pul pul dökülme ile grafin üretim yapışkan bandın yapışkan yüzeyine grafit özel bir uygulamadır. Bu temel sonra bir kağıt gibi, istenen materyal ayrılması, bükme ve unbend başlar. uygularken bu yöntem grafin en yüksek kaliteyi elde ederiz. Ancak, bu tür eylemler nanomalzemelerin seri üretim için uygun değildir.

İnce silikon gofret epitaksiyal büyümesi yöntemini kullanırken, silikon karbid olduğu yüzey tabakası kullanılmaktadır. Bundan başka, bu malzeme, çok yüksek sıcaklıkta (1000 K) ısıtılır. kimyasal reaksiyonların bir sonucu buharlaştırmak ilk ki bu karbon atomlarından bir silikon atomu, ayrılmış gibi. Sonuç olarak, kayıt saf grafen kalır. Bu yöntemin dezavantajı, karbon atomu yanması sırasında ortaya çıkabilen çok yüksek sıcaklıklar kullanılarak gerekliliğidir.

Grafende, bir CVD işlemdeki seri üretimi için kullanılan en güvenilir ve basit bir yöntem. Bu bir metot olup, burada metal kaplı katalizör ve hidrokarbon gazlar arasındaki kimyasal reaksiyon.

Hangi grafen üretir?

Bugüne kadar, büyük şirketi yeni bir nano malzeme Çin'de bulunan üretir. Üreticinin adı - Ningbo Morsh Teknolojisi. grafin üretimi 2012 yılında başlamıştır.

nanomateryal ana tüketici bir şirket Chongqing Morsh Teknoloji olduğunu. Grafen dokunmatik ekran içine yerleştirilen iletken saydam film üretimi için kullanımı.

Nispeten yakın zamanlarda, tanınmış şirket Nokia görüntü sensörü üzerinde bir patent yayınladı. Bu çok ihtiyaç duyulan bir parçası olarak grafin optik alet elemanının birkaç katmanlar. kameralar sensör kullanılan bu tür bir malzeme, büyük ölçüde (1000 kata kadar) kendi duyarlılığını arttırır. Aynı zamanda elektrik tüketiminde azalma gözlendi. smartphone için iyi kamera da grafen içerecektir.

ev ortamında hazırlanması,

Evde grafen üretmek mümkün mü? O, evet çıkıyor! Sadece az 400 W bir mutfak blender kapasitesini almak ve İrlandalı fizikçiler tarafından geliştirilen yöntem takip etmek gerekir.

Nasıl Evde grafen üretmek oldu? Bu amaçla karıştırıcı kap herhangi bir sıvı deterjan 10-25 ml ve ezilmiş barut 20-50 gram eklenerek suyun 500 ml boşaltılmıştır. Bundan başka cihazın grafin pullar bir bulamaç ortaya çıkışına kadar, yarım saat 10 dakika ila çalıştırılmalıdır. Elde edilen malzeme, güneş hücreleri elektrotlar kullanımını sağlayacak yüksek bir iletkenliğe sahip olacaktır. Grafen de ev ortamında üretilen plastik özelliklerini geliştirebilir.

oksit nano malzeme

Bilim adamları, aktif araştırma ve içinde ya da C-örgü kenarlarında olduğu gibi grafin yapısı molekülün bağlı veya oksijen içeren fonksiyonel gruplar, (s),. Bu katı madde, nano-oksit olan ticari üretiminin aşamasına ilk iki boyutlu görüntülerdir. Bu yapının nano ve mikro parçacıklardan bilim adamları üretti örnekleri santimetre.

Bu durumda, karbon diofilizirovannym ile kombinasyon halinde grafin oksit son Çin bilim adamları tarafından elde edilmiştir. Bu küçük bir çiçeğin yaprakları üzerinde tutulan bir çok hafif malzeme santimetre küp. Ama bu yeni madde, hangi grafin oksit dünyadaki en katı biridir.

biyomedikal uygulamalar

Grafin oksit bir seçicilik özelliği vardır. Bu madde bir biyomedikal uygulama bulmak için izin verecektir. Yani, bilim adamlarının çalışmaları sayesinde kanserin teşhisi için grafin oksit kullanmak mümkün oldu. gelişiminin erken bir aşamada kanser Algılama nanomateryal eşsiz optik ve elektriksel özelliklerini tanır.

Ayrıca grafin oksit ilaç ve teşhis hedeflenmiş şekilde uygulanmasına izin verir. Bu bilgiler temelinde, sorpsiyon biyosensörler DNA molekülüne işaret bulunmaktadır.

endüstriyel uygulamalar

grafin oksit göre çeşitli emici maddeler enfekte dezaktsivatsii doğal ve insan yapımı nesnelere de uygulanabilir. Aktif nanomaterial bir kesik yeraltı ve yüzey su, toprak ve radyonüklid bunları temizlemek işleyebilir.

grafin oksitten filtreler özel uygulamalar için elektronik bileşenleri üreten superchistotoy tesislerinde, sağlayabilir. Bu malzemenin eşsiz özellikleri ince kimyasal küre teknolojisi nüfuz edecektir. Özellikle bu radyoaktif dağınık ve nadir metallerin çıkarılması olabilir. Bu nedenle, grafin oksit kullanımı, düşük dereceli cevherlerden altın çıkarmak için olanak sağlar.