Aa Aa Aa
Aa Aa Aa
Прочитати вголос
Зупинити читання

6 головних питань та відповідей про графен

6 golovnyh pytań ta vidpovidej pro grafen

Напевно, ви неодноразово чули про графен і навіть бачили різні експерименти на відео, де пояснюється роль та можливості графену в конструюванні чи енергетиці. Що ж це за матеріал і як він може змінити поточний стан технологій та наукових досліджень у світі?
Napevno, vy neodnorazovo čuly pro grafen i naviť bačyly rizni eksperymenty na video, de pojasnjujeťsja roľ ta možlyvosti grafenu v konstrujuvanni čy energetyci. Ščo ž ce za material i jak vin može zminyty potočnyj stan tehnologij ta naukovyh doslidžeń u sviti?
Čytaty latynkoju

Спеціальні можливості

Прочитати вголос
Зупинити читання
Контрастна версія
  Що таке графен? Графен — це перший досліджений (однак не єдиний) двомірний кристал. Його решітка утворена атомами вуглецю, впорядкованими у площині в гексагональну структуру, яка виглядає як зєднані між собою шестикутники. Товщина графену — 1 атом. Довгий час вважалося, що двомірні матеріали існувати не можуть. Однак у 2004 році британські фізики Андрій Гейм і Костянтин Новосьолов не тільки створили і таким чином довели існування графену, але й дослідили електонні властивості матеріалу. У 2010 році вони отримали Нобелевську премію з фізики — за «новаторські експеримети з двомірним матеріалом графеном». Чи можливо зробити графен в домашніх умовах? Так. Для цього потрібний шматочок якісного графіту і звичайний скотч. Це — саме той спосіб, за допомогою якого графен був вперше отриманий для лабораторних досліджень. Основою методу є факт, що звязки між шарами графіту надзвичайно слабкі та легко руйнуються. Якщо скотч спочатку прикласти липкою поверхнею до графіту і відірвати, то маленькі фрагменти матеріалу залишаться на поверхні з клеєм. Товщина фрагментів буде кілька мікронів, — але це ще не графен. Далі потрібно кілька разів повторити одну просту вправу: скласти скотч навпіл (щоби половинки торкалися одна одну липкими поверхнями) і розтягувати кінці скотчу в протилежні сторони. Така процедура робить кожний фрагмет приблизно вдвіччі тоншим і після 10-15 «складань-розтягувань» значна частина графіту буде товщиною в один атомний шар. Це і є графен. Чим особливий графен? Графен має цілий ряд унікальних властивостей: Це — найміцніший матеріал. В перерахунку на одиницю товщини, графен в 200 разів міцніший за сталь. Графен можна розтягнути на 20%, перш ніж він порветься, що неможливо навіть уявити для інших кристалів. Такі механічні властивості є результатом надзвичайно малої відстані і сильного звязку між атомами вуглецю. Теоретичні розрахунки показують, що «гамак» із графену розміром 1 x 1 м може витримати вагу до 8 кг. Графен є чудовим провідником електричного струму і тримає рекорд за параметром рухливості електронів при кімнатній температурі. Цікаво, що електрони рухаються в графені так, ніби у них немає маси. Це — також найтонший матеріал. Всього лиш 5 г графену достатньо, щоби повністю покрити футбольне поле. Якщо до цього переліку додати, що графен є прозорим і хімічно інертним, то стає очевидним, що матеріал має неабиякий потенціал для використання у найрізноманітніших сферах — від електроніки до будівництва. Де використовується графен? Комерційних виробів з графеном зараз зовсім небагато, але вже зараз можна купити графенові чорнила для принтера, які проводять електричний струм і таким чином дозволяють друкувати електричне коло практично на будь-якій поверхні. Також продаються смартфони з графеновим екраном, який не розбивається і не тріскає при падінні. Графен вже знайшов своє, поки досить обмежене, застосування в батареях і спортивному обладнанні. Багато компаній (включаючи таких гігантів як Samsung та Intel) ведуть активні розробки і шукають нові області застосування для графену. В яких областях графен може створити революцію? Найбільш перспективними областями застосування графену в майбутньому є сенсори і наноелектоніка. За рахунок надзвичайно великої площі поверхні по відношенню до обєму і за рахунок високої провідності матеріалу продемонстровані на сьогодні сенсори на основі графену мають неперевешену чутливість і короткий час відгуку. Стосовно наноелектроніки, з кожним днем все більше вчених схиляєтся до думки, що в далекій перспективі графен замінить кремній. Це — єдиний досліджений провідник, який дозволяє робити транзистори розміром менше 10 нм і при цьому залишатися стабільним при нормальних умовах. Чи існують інші двомірні матеріали, крім графену? Так. Клас двомірних кристалів зараз вже досить великий і включає понад 30 відомих матеріалів. Сюди входять як похідні графену (наприклад, флюорінований графен, який є двомірним аналогом тефлону), так і матеріали без вуглецю (наприклад, нітрид бору). Надзвичайно активним науковим напрямком зараз є вивчення гетероструктур — коли 2 або більше двомірних матеріали накладаються один на одного, щоб утворити стек. Такі структури часто демонструють унікальні властивості, яких немає у їхніх складових, і таким чином розширюють сферу потенційного застосуванни 2D-матеріалів.   Від редакції: автор публікації — спікер конференції Brain&Ukraine, учасник групи науковців, яка у 2010 році отримала Нобелівську премію за «новаторські експерименти з двомірним матеріалом графеном».
Леонід Пономаренко
23.06.2017,11:01
1
Леонід Пономаренко

Що таке графен?

Графен — це перший досліджений (однак не єдиний) двомірний кристал. Його решітка утворена атомами вуглецю, впорядкованими у площині в гексагональну структуру, яка виглядає як з’єднані між собою шестикутники. Товщина графену — 1 атом.

Довгий час вважалося, що двомірні матеріали існувати не можуть. Однак у 2004 році британські фізики Андрій Гейм і Костянтин Новосьолов не тільки створили і таким чином довели існування графену, але й дослідили електонні властивості матеріалу. У 2010 році вони отримали Нобелевську премію з фізики — за «новаторські експеримети з двомірним матеріалом графеном».

Чи можливо зробити графен в домашніх умовах?

Так. Для цього потрібний шматочок якісного графіту і звичайний скотч. Це — саме той спосіб, за допомогою якого графен був вперше отриманий для лабораторних досліджень. Основою методу є факт, що зв’язки між шарами графіту надзвичайно слабкі та легко руйнуються.

Якщо скотч спочатку прикласти липкою поверхнею до графіту і відірвати, то маленькі фрагменти матеріалу залишаться на поверхні з клеєм. Товщина фрагментів буде кілька мікронів, — але це ще не графен. Далі потрібно кілька разів повторити одну просту вправу: скласти скотч навпіл (щоби половинки торкалися одна одну липкими поверхнями) і розтягувати кінці скотчу в протилежні сторони. Така процедура робить кожний фрагмет приблизно вдвіччі тоншим і після 10-15 «складань-розтягувань» значна частина графіту буде товщиною в один атомний шар. Це і є графен.

Чим особливий графен?

Графен має цілий ряд унікальних властивостей:

  • Це — найміцніший матеріал. В перерахунку на одиницю товщини, графен в 200 разів міцніший за сталь.
  • Графен можна розтягнути на 20%, перш ніж він порветься, що неможливо навіть уявити для інших кристалів. Такі механічні властивості є результатом надзвичайно малої відстані і сильного зв’язку між атомами вуглецю. Теоретичні розрахунки показують, що «гамак» із графену розміром 1 x 1 м може витримати вагу до 8 кг.
  • Графен є чудовим провідником електричного струму і тримає рекорд за параметром рухливості електронів при кімнатній температурі. Цікаво, що електрони рухаються в графені так, ніби у них немає маси.
  • Це — також найтонший матеріал. Всього лиш 5 г графену достатньо, щоби повністю покрити футбольне поле.
  • Якщо до цього переліку додати, що графен є прозорим і хімічно інертним, то стає очевидним, що матеріал має неабиякий потенціал для використання у найрізноманітніших сферах — від електроніки до будівництва.
01/ 02
Графенові чорнила для прінтеру і елементи елекричного кола надруковані такими чорнилами. (Фотографії Леоніда Пономаренко, відзнято 21 червня на Graphene Industry Showcase який відбувається зараз в Манчестері в National Graphene Institute)

Де використовується графен?

Комерційних виробів з графеном зараз зовсім небагато, але вже зараз можна купити графенові чорнила для принтера, які проводять електричний струм і таким чином дозволяють друкувати електричне коло практично на будь-якій поверхні.

Також продаються смартфони з графеновим екраном, який не розбивається і не тріскає при падінні. Графен вже знайшов своє, поки досить обмежене, застосування в батареях і спортивному обладнанні. Багато компаній (включаючи таких гігантів як Samsung та Intel) ведуть активні розробки і шукають нові області застосування для графену.

Вересень 2016: Лауреат Нобелівської премії з фізики 2010 року Костянтин Новосьолов демонструє комерційний смартфон, сенсорний екран (touchscreen) у якому виготовлений з графену

Вересень 2016: Лауреат Нобелівської премії з фізики 2010 року Костянтин Новосьолов демонструє комерційний смартфон, сенсорний екран (touchscreen) у якому виготовлений з графену

В яких областях графен може створити революцію?

Найбільш перспективними областями застосування графену в майбутньому є сенсори і наноелектоніка. За рахунок надзвичайно великої площі поверхні по відношенню до об’єму і за рахунок високої провідності матеріалу продемонстровані на сьогодні сенсори на основі графену мають неперевешену чутливість і короткий час відгуку.

Стосовно наноелектроніки, з кожним днем все більше вчених схиляєтся до думки, що в далекій перспективі графен замінить кремній. Це — єдиний досліджений провідник, який дозволяє робити транзистори розміром менше 10 нм і при цьому залишатися стабільним при нормальних умовах.

01/ 02
Експериментальна поліцейська машина BAC Mono.  Заднє крило машини виготовлено з композитного матеріалу з використанням графену

Чи існують інші двомірні матеріали, крім графену?

Так. Клас двомірних кристалів зараз вже досить великий і включає понад 30 відомих матеріалів. Сюди входять як похідні графену (наприклад, флюорінований графен, який є двомірним аналогом тефлону), так і матеріали без вуглецю (наприклад, нітрид бору).

Надзвичайно активним науковим напрямком зараз є вивчення гетероструктур — коли 2 або більше двомірних матеріали накладаються один на одного, щоб утворити стек. Такі структури часто демонструють унікальні властивості, яких немає у їхніх складових, і таким чином розширюють сферу потенційного застосуванни 2D-матеріалів.

 

Від редакції: автор публікації — спікер конференції Brain&Ukraine, учасник групи науковців, яка у 2010 році отримала Нобелівську премію за «новаторські експерименти з двомірним матеріалом графеном».

Леонід Пономаренко

Доктор наук, Ланкастерський університет

Цей матеріал виготовлено та розміщено на комерційній основі.

Додати коментар

Такий e-mail вже зареєстровано. Скористуйтеся формою входу або введіть інший.

Ви вказали некоректні логін або пароль

Вибачте, для коментування необхідно увійти.

1 коментар

спочатку нові
за рейтингом спочатку нові за хронологією

Повідомити про помилку

Текст, який буде надіслано нашим редакторам: