ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 14
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Графен
И его применения
Гейм, Андрей Константинович
Андре́й Константи́нович Гейм (нидерл. Andre Geim; род. 21 октября 1958[1], Сочи) — советский, нидерландский и британский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 2010 года (совместно с Константином Новосёловым), известен в первую очередь как один из разработчиков первого метода получения графена[2][3]. В 2011 году указом королевы Великобритании Елизаветы II за заслуги перед наукой ему присвоено звание рыцаря-бакалавра с официальным правом прибавлять к своему имени титул «сэр»[4]. Член Лондонского королевского общества (2007)[5] и иностранный член НАН США (2012).
Что же представляет из себя графен?
Выражаясь научным языком, графен - это двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединённых в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. Последние семь лет он находится в центре пристального внимания физиков-экспериментаторов во всем мире.
Атом углерода
Модель графена
До этого, правда, лет сорок считалось, что двумерный лист углерода - не более чем модельная абстракция, которая вряд ли сможет принести много пользы. Но наши соотечественники Константин Новоселов и Андрей Гейм, в настоящее время работающие в Манчестерском университете, получили Нобелевскую премию в 2010 году за то, что перевели графен из теоретической плоскости в практическую и смогли раскрыть его скрытый потенциал.
Поначалу у Новосёлова и Гейма возникали проблемы с получением графена. Их конкуренты также пытались получить заветное вещество, применяя самые разные и хитрые способы: и выжигание при температуре 1300° по Цельсию карбида кремния, и прикрепление кристалла углерода к игле силового микроскопа с последующим вождением им по поверхности, однако всё это не приводило к желаемому результату.
Но, как говорится, «ларчик просто открывался». Новосёлов с Геймом взяли за основу принцип написания карандашом, при котором от грифеля
отслаиваются крохотные чешуйки углерода, некоторые из которых достигают толщины как раз в один атом. Они отклеивали хлопья от графита при помощи скотча, после чего переносили их на специальную подложку. В 2004 году в журнале «Science» появилась статья физиков, в которой они описывали не только технологию получения графена, но и некоторые его свойства.
Получение графена
Свойства и применение графена
Графен – самый тонкий материал из всех существующих. Более того, он в 200 раз прочнее стали и проводит электричество при комнатной температуре лучше, чем любой другой материал известный человечеству. Исследователи из Колумбийского университета, которые доказали, что графен является самым прочным материалом, заявили, что для того, чтобы порвать пленку графена толщиной в 0.01 мм, понадобится слон. При этом его вес должен уместиться на площади равной кончику карандаша.
Исходя из этого, у графена может быть необычайно широкий спектр применения, но прежде всего, графену прочат большое будущее в электронике. Листы графена и свернутые из него нанотрубки – отличный материал для конструирования электросхем.
В сегодняшнем мире, где огромное количество работы за человека выполняет компьютер, производители стремятся повысить быстродействие своих аппаратов. В платах современных компьютеров используются кремниевые полупроводники, однако им уже давно ищут замену. Графен вполне сможет стать отличной заменой. В теории графеновые транзисторы смогут обеспечить значительно более высокую скорость, при этом препятствуя увеличению температуры на микроскопическом уровне, сделав в конечном итоге устройство гораздо меньших размеров с большей производительностью, низким энергопотреблением и невысокой стоимостью (сырье для транзисторов – углерод – не стоит практически ничего по сравнению с медью или золотом). Компания IBM уже продемонстрировала 100 GHz транзистор на основе графена и заявила, что на горизонте уже маячит процессор мощностью в 1THz, что в десятки раз мощнее современных компьютеров.
углерод
медь
золото
Недавно ученые Академии наук Китая обнаружили, что пластины оксида графена эффективно уничтожают бактерии. В опытах исследователей попавшая на лист графена кишечная палочка гибла в течение считанных минут. Экологичный, нетоксичный для человека графен наверняка станет идеальным бактерицидным покрытием и найдет применение во многих отраслях: от упаковки продуктов до хирургических инструментов.
Кишечная палочка
Escherichia coli
Графен, благодаря своим исключительным механическим свойствам, способен стать основой сверхпрочных композитных материалов. В настоящее время армия США активно изучает возможности добавления углеродных нанотрубок в ткань бронежилетов. Даже небольшие количества нанотрубок повышают пулестойкость бронезащиты на 10–20%. Кроме того, графен повышает долговечность материала и его износостойкость.
Потенциал графена в медицине
· Графен в доставке лекарств Функционализированный графен может быть использован для доставки химиотерапевтических препаратов к опухолям у онкологических больных. Носители на основе графена лучше нацелены на раковые клетки и уменьшена и уменьшена токсичность пораженных здоровых клеток. Доставка лекарств-это не ограничиваясь лечением рака, были также проведены противовоспалительные препараты комбинациями графена и хитозана и дали многообещающие результаты.
· Графен также можно обнаружить раковые клетки на ранних стадиях заболевания. Более того, это может остановить их дальнейшее развитие во многих видах рака путем вмешательства правильное образование опухоли или вызывание аутофагии, которая приводит к гибель раковых клеток.
· Ученые из Университета Бата разработали тест для мониторинга уровня глюкозы в крови который не прокалывает кожу, в отличие от используемых в настоящее время тестов на укол пальца. Этот патч, включающий в себя графеновый датчик, способен работать на небольшой площади, содержащей по крайней мере, один волосяной фолликул. Он обнаруживает глюкозу, вытягивая ее из жидкости присутствует между клетками. На этом не только заканчиваются болезненные методы кровопускания мониторинг сахара, но также ожидается, что он повысит точность результатов.
Заключение
Всё вышеперечисленное - это лишь малая часть сфер применения графена. Есть еще солнечные батареи, сверхпроводники, научные инструменты, герметичные пластиковые контейнеры, которые позволят неделями хранить в нем еду, и она будет оставаться свежей, прозрачное токопроводящее покрытие для солнечных панелей и мониторов биомедицинские технологии, в которых применение графена дает потрясающие результаты.
И это всего лишь вершина айсберга возможностей применения. Мы стоим еще в самом начале длинного пути. Графен предоставляет неограниченные возможности практически во всех областях индустрии и производства. Со временем, он вероятно станет для нас обычным материалом, подобно пластику в наши дни.