Grafén és annak alkalmazása. A felfedezés a grafén. Nanotechnológia a modern világban

Viszonylag nemrég Science and Technology egy új terület, az úgynevezett nanotechnológia. Kilátásai ez a fegyelem nem csak hatalmas. Ezek ambiciózus. A részecskeméret, a továbbiakban: „nano” az az érték egyenlő egy milliárdod frakció bármilyen érték. Ezek a méretek csak méretéhez képest az atomok és molekulák. Például, egy nanométer az úgynevezett egy-milliárdod méter.

A fő irány az új tudományterület

Nanotechnológia úgynevezett azok, amelyek manipulálják az ügyet a szinten a molekulák és atomok. Ezért ezen a területen a tudomány is nevezik molekuláris technológia. Mi volt a lendület a fejlődés? Nanotechnológia a modern világban is megjelentek köszönhetően az előadások Richarda Feynmana. Ebben a tudós bebizonyította, hogy nincs akadálya, hogy a teremtés a dolgok közvetlenül az atomok.

Eszközök a hatékony manipulálása apró részecskék, úgynevezett szerelő. Ez a molekuláris nanomachine, amelyeket fel lehet használni, hogy bármilyen szerkezet. Például a szerelő nevezhető természetes riboszóma szintetizáló fehérje az élő szervezetben.

Nanotechnológia a modern világban nem csak egyetlen terület szakértői. Ezek egy széles körű kutatás közvetlenül kapcsolódó számos alapvető tudományok. Köztük van a fizika, a kémia és a biológia. A tudósok szerint ezek a tudományok lesz a legerősebb lendületet a fejlődés hátterében az elkövetkező nanotechnológiai forradalom.

alkalmazási körét

Sorolja minden területén az emberi tevékenység, ahol a nanotechnológia a ma is használatos, ez lehetetlen, mert a nagyon impozáns lista. Így, a segítségével ez a tudományterület állítanak elő:

- eszközök szupersűrű felvétel bármely információ;
- különböző berendezések;
- érzékelők, napelemek, félvezető tranzisztorok;
- információ, számítástechnikai és információs technológia;
- nanoimprint és nanolithography;
- eszközök energia tárolására, és a tüzelőanyag-sejtek;
- védelmi, a tér és repülési alkalmazások;
- bioinstrumentary.

Ezen tudományos nanotechnológia területén Oroszország, USA, Japán és több európai országban, több forrásfedezet minden évben. Ez annak köszönhető, hogy a hatalmas lehetőségeinek fejlesztése ezen a területen a kutatás.

A nanotechnológia fejlesztése Oroszországban szerint a szövetségi célprogram, amely nem csak nagy anyagi költségek, hanem kezében egy nagy mennyiségű tervezési és kutatási munkák. A célok eléréséhez fog egyesíteni az erőfeszítéseket a különböző tudományos és technológiai rendszerek szintjén nemzeti és multinacionális vállalatok.

új anyag

Nanotechnológiai lehetővé tették a tudósok, hogy készítsen egy szén-dioxid-lemezen nehezebb, mint a gyémánt, amelynek vastagsága csak egy atom. Ez áll a grafén. Ez a legvékonyabb és legerősebb anyag a világegyetemben, amely a villamos energiát sokkal jobb, mint a szilícium számítógépes chipek.

A felfedezés a grafén egy igazi forradalmi esemény, amely lehetővé teszi, hogy sok változás az életünkben. Ez az anyag annyira egyedi fizikai tulajdonságokat alapvetően megváltoztatja az emberi dolgok természetét és anyagok.

A felfedezések története

Grafén kétdimenziós kristály. A szerkezet egy hatszögletű rács álló szénatomok. Elméleti vizsgálatok grafén kezdődött hosszú, mielőtt elindul az igazi tervek, mert ez az anyag alapján készítettük el a háromdimenziós grafitkristályba.

Még 1947-ben G. P. Volles van néhány tulajdonságait grafén, bizonyítva, hogy a szerkezete hasonló fémek, és néhány, hasonló jellemzőkkel az ultra-relativisztikus részecskék, neutrínók és tömegtelen fotonok. Ugyanakkor az új anyag van jelentős különbségek teszik egyedivé a természete. De hogy ezek az eredmények kaptuk csak 2004-ben, amikor Konstantin Novoselov és Andrey Geim először nyert a szén szabad állapotban. Ez az új anyag az úgynevezett grafén, és volt egy jelentős felfedezés a tudósok. Megtalálni ezt az elemet lehet ceruzával. A grafit rúd alkotja több réteg grafén. Hogyan működik egy ceruza nyomot hagy a papíron? A tény az, hogy annak ellenére, hogy az erő a fő összetevői a rétegek, van egy nagyon gyenge kapcsolat közöttük. Ezek nagyon könnyen esik a kapcsolatot a papír, nyomot hagyva írásban.

Az új anyag

A tudósok szerint a szenzorok alapuló grafén, képes elemezni az erőt és állapota, a légi jármű, valamint megjósolni földrengések. De csak akkor, ha az anyag ilyen tulajdonságokkal elhagyja lenyűgöző fal laboratóriumok világossá vált gyakorlati alkalmazás fejlesztése irányába az anyag. Jelenleg nap, vegyészek, fizikusok és villamosmérnökök már érdekel az egyedülálló képességeit grafén. Alig néhány gramm anyagot lefedhető terület egyenlő egy futballpálya.

Grafén és alkalmazása, amelyek esetleg a termelő könnyű műholdak és repülőgépek. Ezen a területen, az új anyag helyettesítheti a szénszálak a kompozit anyagok. Nanoanyagok alkalmazható szilícium helyett tranzisztorok és annak végrehajtását a műanyag, hogy ez az elektromos vezetőképességet.

Grafén és használatát tartják kérdésekben szenzor gyártása. Ezek az eszközök alapján kialakított, a legújabb anyag képes lesz felismerni a legveszélyesebb molekula. De a használata nano-porok előállítására elektromos akkumulátorok időnként hatékonyság növelése érdekében.

Grafén és annak alkalmazása tárgyaljuk optoelektronikai. Az új anyag ki fog derülni, nagyon könnyű és tartós műanyag a tartályok lehetővé teszi egy pár hétig, hogy frissen tartja az élelmiszert.

A használata grafén és várhatóan gyártását átlátszó áramvezető bevonatot szükséges monitorok, napelemek és egy erősebb és jobban ellenáll a mechanikai hatások, szélturbinák.

Ennek alapján a nanoanyagok lesz jobb sporteszközök, orvosi implantátumok rok.

Továbbá, grafén és alkalmazása szempontjából releváns:

- nagyfrekvenciás nagy teljesítményű elektronikus eszközök;
- mesterséges membrán elválasztó két folyékony a tartályban;
- javítja a vezetési tulajdonságai különböző anyagok;
- ami egy kijelző a szerves fénykibocsátó dióda;
- felgyorsult fejlődése új technikák a DNS-szekvenálás;
- javítása folyadékkristályos kijelzők;
- ballisztikus tranzisztorok.

A használat az autóiparban

A kutatók szerint, a fajlagos energia megközelíti a grafén 65 kWh / kg. Ez a szám 47-szer nagyobb, mint az, hogy olyan gyakori manapság lítium-ion akkumulátorokat. Ez a tény, a tudósok létrehozásához használt új generációs akkumulátor töltők.

Grafén polimer akkumulátor - az eszköz, amelynek segítségével a maximális villamos energia hatékonyan őrizni. Jelenleg a munka rajta végzik a kutatók számos országban. Jelentős előrelépés érhető el a spanyol tudósok ebben a kérdésben. A grafén-polimer akkumulátor, létrehozták van energiafogyasztás, több százszor nagyobb, mint egy hasonló alak a meglévő elemeket. Ők használják felszerelni az elektromos járművek. A gép, amely telepítve grafén akkumulátor, utazhatnak megállás nélkül több ezer kilométerre. Újratölteni az elektromos energiaforrás, ha a kimerültség lesz szükség, legfeljebb 8 perc alatt.

érintőképernyők

A tudósok továbbra is vizsgálja a grafén, ami egy új és egyedülálló dolog. Így a szén nanoanyagok talált alkalmazása a termelés, amely termel érintőképernyők széles képernyőn. A kifejezés jelenik meg, és a rugalmas eszköz az ilyen típusú.

A tudósok kapott egy grafén lap téglalap alakú, és belőle egy átlátszó elektród. Ő is részt vett a munkában, az érintőképernyő, jelentősen csökkentve a tartósság, az átláthatóság, a rugalmasság, a környezetbarát és olcsó.

megszerzése grafén

2004 óta, amikor is megnyílt a legújabb nanoanyagok, a tudósok már elsajátították számos módszer az előállítására. Azonban a legalapvetőbb ilyen módon kell figyelembe venni:

- mechanikai hámlás;
- epitaxiális növekedés vákuumban;
- hűtés perofaznogo kémiai (CVD-eljárással).

Ezek közül az első három módszer a legegyszerűbb. grafén termelési mechanikus hámlás egy speciális alkalmazás grafit a ragasztó felülete ragasztószalag. Miután ez az alap, mint egy papírlap, elkezd hajolni és kiegyenesedik, elválasztjuk a kívánt anyagot. Ha ezt a módszert alkalmazzuk grafén a legjobb minőségű. Azonban az ilyen intézkedések nem alkalmas a tömeggyártásra nanoanyagok.

Az eljárást alkalmazva epitaxiális növekedés vékony szilícium ostyák használunk, a felületi réteg, amely szilícium-karbid. Továbbá, ez az anyag melegítjük nagyon magas hőmérsékletű (1000 K). Ennek eredményeként a kémiai reakciók elkülönül a szilícium atomok szénatomok, amelyek közül az első elpárolognak. Ennek eredményeként, a rekord tiszta marad grafén. A hátránya ennek a módszernek a szükségességét a segítségével nagyon magas hőmérséklet, ami akkor fordulhat elő az égés során a szénatomok.

A legmegbízhatóbb és egyszerű módszer a tömeggyártás grafén, CVD-eljárással. Ez egy olyan eljárás, amelyben a kémiai reakció a fém-bevonatú katalizátor és a szénhidrogén gázokat.

Amely termel grafén?

A mai napig a legnagyobb cég gyárt egy új nanoanyagok található Kínában. A gyártó neve - Ningbo Morsh Technology. grafén termelés kezdtek 2012-ben.

A fő fogyasztói nanoanyag olyan cég Chongqing Morsh Technology. Grafén használja előállításához vezető átlátszó filmek, amelyeket beszúrunk a érintőképernyő.

Viszonylag nemrég egy jól ismert cég a Nokia kiadta a szabadalom a képérzékelő. Ennek részeként nagy szükség van egy pár réteg grafén optikai eszköz elemet. Egy ilyen anyag alkalmazható a szenzorok a kamerák nagymértékben növeli azok érzékenységét (akár 1000-szer). Ugyanakkor megfigyelhető csökkenése villamosenergia-fogyasztás. Jó kamera a smartphone is tartalmaznak grafén.

Előállítása Lakókörnyezetben

Lehetséges, hogy készítsen grafén otthon? Kiderült, igen! Csak azt kell, hogy egy konyhai turmixgép kapacitása nem kevesebb, mint 400 W, és kövesse a kidolgozott módszer az ír fizikus.

Hogyan készítsen grafén otthon? Erre a célra a turmixpohár öntjük 500 ml vízzel hozzáadásával 10-25 ml bármilyen folyékony mosószer és 20-50 gramm zúzott pala. Emellett a készülék kell futtatni a 10 perc és fél óra, amíg a megjelenése zagyot grafénpelyhek. A kapott anyag egy nagy vezetőképességű, amely lehetővé teszi annak használatát a elektródák a napelemek. Grafén is tulajdonságainak javítása műanyag termelt hazai környezetben.

oxid nanoanyagok

A tudósok aktívan kutatás és grafén szerkezete olyan, hogy belsejében vagy a széleit a szén-háló kapcsolódik, vagy oxigént tartalmazó funkciós csoport (ok) a molekula. Ezt a szilárd Nano-oxidot, amely az első két dimenziós képeket, amelyek elérték a színpadon a kereskedelmi termelés. Tól nano- és mikrorészecskék ennek a szerkezetnek a tudósok centiméteres előállított minták.

Így a grafén-oxid kombinációban szén diofilizirovannym nemrégiben elő kínai tudósok. Ez egy nagyon könnyű anyagból centiméteres kocka, amely birtokában van a szirmok egy kis virág. De ez az új anyag, amelyben a grafén-oxid az egyik legszilárdabb a világon.

orvosbiológiai alkalmazások

Grafén oxid egyedülálló tulajdonsága szelektivitás. Ez lehetővé teszi, hogy az anyag, hogy talál egy orvosbiológiai alkalmazás. Tehát munkájának köszönhetően a tudósok ki lehetett használni a grafén-oxid a rák diagnózisa. Detect rák korai szakaszában a fejlesztési lehetővé teszik egyedi optikai és elektromos tulajdonságait a nanoanyag.

Szintén grafén-oxid segítségével célzottan a gyógyszereknek és a diagnosztika. Alapján ez az anyag a szorpciós bioszenzorok, mutatva, hogy a DNS-molekula.

ipari alkalmazások

Különböző szorbensek alapuló grafén-oxid lehet alkalmazni, hogy a fertőzött dezaktsivatsii természetes és ember alkotta tárgyakat. A vágás aktív nanoanyagok képes feldolgozni a talajvíz és a felszíni vizek, a talaj és elszámolási őket a radionuklid.

Szűrőket a grafén-oxid nyújthat superchistotoy helyiségek, amely gyárt elektronikai alkatrészek speciális alkalmazásokhoz. Az egyedülálló tulajdonságai ennek az anyagnak behatol a finom kémiai gömb technológia. Különösen, ez lehet extrakciós radioaktív elszórt és ritka fémek. Így, a használata grafén oxid lehetővé teszi, bontsa arany alacsony minőségű ércek.