Graphène en har tapassing. De ûntdekking fan graphène. Nanotechnology yn 'e moderne wrâld

Relatyf koartlyn yn Science and Technology is in nij gebiet, neamd nanotechnology. Perspektyf foar dizze dissipline is net allinne grutte. Se binne ambisjeus. It dieltsje, oantsjutten as "nano" is in wearde lyk oan ien miljardste fan in fraksje fan in wearde. Dy maten kinne allinnich wurde ferlike mei de grutte fan atomen en molekulen. Bygelyks, in nanometer hjit de iene-miljardste fan in meter.

De wichtichste rjochting fan it nije mêd fan de wittenskip

Nanotechnology neamd dyjingen dy't manipulearje de saak op it nivo fan molekulen en atomen. Dêrom, dit gebiet fan wittenskip wurdt ek neamd molekulêre technology. Wat wie de ympulzen foar de ûntjouwing? Nanotechnology yn 'e moderne wrâld ferskynd binne mei tank oan de kolleezjes Richarda Feynmana. Dêryn ek de wittenskipper hat bewiisd dat der gjin obstakels oan it ta stân kommen fan 'e dingen direkt út de atomen.

Betsjut foar effektive manipulaasje fan lytse dieltsjes neamd assembler. Dit molekulêre nanomachine, dat kin brûkt wurde foar de bou gjin struktuer. Bygelyks, de assembler kin neamd wurde natuerlike ribosome synthesizing in aaiwyt yn libbene organismen.

Nanotechnology yn 'e moderne wrâld binne der krekt ien gebiet fan saakkundigens. Sy fertsjintwurdigje in breed berik fan ûndersyk direkt ferbân mei in protte fûnemintele wittenskippen. Under harren binne natuerkunde, skiekunde en biology. Neffens wittenskippers, dy wittenskippen sille hawwe de machtichste ympulzen foar de ûntjouwing tsjin it dekôr fan de kommende nanotech revolúsje.

sfear fan tapassing

In list sjen alle sektoaren fan 'e minsklike aktiviteit, dêr't nanotechnology brûkt wurdt hjoed, is it ûnmooglik om reden fen' e hiel yndrukwekkende list. Sa, mei help fan dit mêd fan de wittenskip wurde produsearre:

- apparaten foar superdense opname alle ynformaasje;
- ferskate equipment;
- sensors, sinnesellen, semiconductor transistors;
- ynformaasje, kompjûter- en ynformaasje technology;
- nanoimprint en nanolithography;
- apparaten foar it bewarjen fan enerzjy, en brânstof sellen;
- ferdigening, romte en aviation applikaasjes;
- bioinstrumentary.

Op dizze wittenskiplike mêd fan nanotechnology yn Ruslân, Feriene Steaten, Japan en ferskate Europeeske lannen mei mear finansiering wurdt takend elk jier. Dat komt troch de grutte takomstperspektyf foar de ûntwikkeling fan dizze bol fan ûndersyk.

Nanotechnology ûntwikkelet yn Ruslân neffens de Federal doelgroep programma, dat soarget net allinnich grutte finansjele kosten, mar ek it útfieren fan in grut bedrach fan ûntwerp en ûndersyk wurken. Om it ferwêzentlikjen fan de doelen hinne te ferienigjen de ynspanningen fan ferskate wittenskiplike en technologyske systemen op it nivo fan de nasjonale en multynasjonale bedriuwen.

nij materiaal

Nanotechnology ynskeakele hawwe wittenskippers te produsearje koalstof- plaat hurder as diamant waans dikte is mar ien atoom. It bestiet út graphène. It is de thinnest en sterkste materiaal yn it hielal, dy't stjoert elektrisiteit folle better as silisium kompjûter chips.

De fynst fan graphène is in echte revolúsjonêre evenemint, dat sil tastean folle feroaring yn ús libben. Dit materiaal is sa unyk fysike eigenskippen dy't wêzentlik feroaret de minsklike natuer fan 'e dingen en stoffen.

Skiednis fan ûntdekking

Graphène is in twadiminsjonale kristal. Its struktuer is in hexagonal lattice besteande út koalstof atomen. Teoretyske stúdzjes fan graphène begûn lang foardat getting syn echte ûntwerpen, sûnt dit materiaal is de basis foar it oanlizzen fan in trijediminsjonale grafyt crystal.

Ek yn 1947 G. P. Volles hy hat in pear eigenskippen fan graphène, biwiizgjende dat syn struktuer is lyksoartige metalen, en inkele kenmerken te ferlykjen mei dy fan de ultra-relativistyske dieltsjes, neutrino en massaleas fotoanen. Lykwols, it nije materiaal der binne guon wichtige ferskillen dy't meitsje it unyk yn syn aard. Mar befêstiging fan dy fynsten waard helle pas yn 2004, doe't Konstantin Novoselov en Andrey Geim waard earst krigen troch de koalstof yn de frije steat. Dizze nije stof hjit graphène, en wie in grutte ûntdekking wittenskippers. Fine dit item kin wêze yn potlead. Har graphite roede is opboud út meardere lagen fan graphène. Hoe komt in potlead ferlit in stimpel op it papier? It feit is dat, nettsjinsteande de krêft fan de kearn ûnderdielen fan 'e lagen, der is in tige swak keppeling tusken harren. Se binne tige maklik te fallen yn kontakt mei it papier, Sawaande bleau kuierrûte yn skriuwen.

Mei help fan it nije materiaal

Neffens wittenskippers, de sensoren dy binne basearre op graphène, kinne om te analysearjen fan de krêft en de tastân fan de tastellen, en ek te foarsizzen ierdbevings. Mar pas as it materiaal mei sokke eigenskippen sille ferlitte prachtige muorre laboratoariums wurden dúdlik praktyske tapassing sille ûntwikkelje yn de rjochting fan de stof. Oan it hjoeddeiske deis, Chemists, natuerkundigen en elektryske yngenieurs binne al ynteressearre yn de unike mooglikheden fan graphène. Nei krekt in pear gram fan de stof kin wurde bedutsen gebiet, gelyk oan in fuotbalfjild.

Graphène en har tapassing potinsjeel rekkene yn it produsearjen fan lichtgewicht satelliten en fleantugen. Yn dit gebiet, de nije materiaal kin ferfange de koalstof sels yn 'e gearstalde materialen. Nanomaterials meie wurde brûkt ynstee fan silisium transistors en de útfiering dêrfan yn plastic jou it elektryske conductivity.

Graphène en syn brûken wurde sjoen yn saken sensor meitsjen. Dizze apparaten binne foarme op basis fan de nijste materiaal sil by steat wêze om te spoaren fan de meast gefaarlike molecule. Mar it brûken fan Nano-poeders yn de produksje fan elektryske batterijen op kear te fergrutsjen harren effektiviteit.

Graphène en syn tapassing wurde besprutsen yn optoelectronics. Fan 'e nij materiaal sil keare út hiel licht en duorsum plastic út dêr't de konteners sille tastean foar in pear wiken te hâlden iten fris.

It brûken fan graphène en wurdt ferwachte te meitsjen in trochskinende conductive coating nedich foar Monitore, sinnepanielen en in sterkere en mear resistint ta meganyske effekten fan wynmûnen.

Basearre nanomaterial sil hawwe in bettere sport apparatuer, medyske nei boarstfergruttings en supercapacitors.

Ek, graphène en syn tapassing relevant nei:

- hege-frekwinsje hege-power elektroanyske apparaten;
- keunstmjittige membraan skieden twa floeiber yn 'e tank;
- it ferbetterjen fan de conductivity eigenskippen fan ferskate materialen;
- it kreëarjen fan in skerm op it biologyske ljocht emitting diode;
- flugger ûntwikkeling fan nije techniken fan DNA sequencing;
- ferbettering fan de floeibere kristal byldskermen;
- ballistysk transistors.

It brûken yn 'e auto-yndustry

Neffens ûndersikers, de spesifike enerzjy komt it graphène 65 kWh / kg. Dizze figuer is 47 kear heger as it ien dy't sa mienskiplik tsjintwurdich lithium-ion batterijen. Dit feit, wittenskippers hawwe brûkt foar it meitsjen fan in nije generaasje fan batterij Chargers.

Graphène Polymer batterij - it apparaat troch middel fan dêr't de maksimale elektryske krêft effisjinte wize, oernommen. Op it stuit, it wurk op it wurdt útfierd troch de ûndersikers yn in protte lannen. Signifikante foarútgong berikt Spaanske wittenskippers yn dizze saak. Graphène-Polymer batterij, se makke hat enerzjy konsumpsje, hûnderten kearen grutter is as in fergelykbere sifer foar besteande batterijen. Se brûke it oan equip elektryske reauwen. De masine, dat wurdt ynstallearre graphène batterij, kin reizgje sûnder stopping tûzenen kilometers. Om laden de elektryske enerzjy boarne doe't útputting sil nedich net mear as 8 minuten.

touchscreens

Wittenskippers fierder te ferkennen graphène, it meitsjen fan in nije en unparalleled dingen. Sa, de koalstof nanomaterial hat fûn syn tapassing yn produksje dy't produceert touch screens mei brede skerm. De term kin ferskine en fleksibele apparaat fan dit type.

Wittenskippers krige in graphène wurkblêd is rjochthoekich yn foarm en draaide it yn in transparant elektrodes. Teffens hat meidien oan it wurk fan 'e raken skerm, sterk werombringen fan de duorsumheid, transparânsje, fleksibiliteit, miljeu freonlikens en lege kosten.

it heljen graphène

Sûnt 2004, doe't it waard iepene de nijste nanomaterials, wittenskippers hawwe mastered in oantal metoaden foar syn tarieding. Lykwols, de meast basis fan dy wegen wurde beskôge:

- mechanische peeling;
- epitaxial groei yn fakuüm;
- koeling perofaznogo gemyske (CVD-proses).

De earste fan dy trije metoaden is it meast simpel. graphène produksje mei meganyske peeling is in spesjale tapassing fan grafyt oan 'e adhesive oerflak fan adhesive tape. Nei dizze stifting, as in stikje papier, begjinne te bûge en unbend, skieden de winske materiaal. It tapassen fan dizze metoade graphène krijen de heechste kwaliteit. Mar sokke aksjes binne net geskikt foar massa produksje fan nanomaterials.

By it brûken fan de metoade fan epitaxial groei fan tinne silisium wafels wurde brûkt, it oerflak laach dat silisium carbid. Fierder, dit materiaal wurdt ferwaarme op in hiel hege temperatuer (1000 K). As gefolch fan gemyske reaksjes wurdt skieden fan it silisium atomen fan koalstof atomen, de earste dêrfan vaporize. As gefolch, it rekôr bliuwt suver graphène. It neidiel fan dizze metoade is de needsaak fan it gebrûk fan hiel hege temperatueren, dy't kin foarkomme by ferbaarning fan koalstofatomen.

De meast betroubere en ienfâldige metoade brûkt foar massa produksje fan graphène, in CVD-proses. It is in metoade dêr't de gemyske reaksje tusken de metal-coated oanjager en hydrocarbon gassen.

Hokker produceert graphène?

Om datum, de grutste bedriuw, produsearret in nije nanomaterial leit yn Sina. De namme fan de fabrikant - Ningbo Morsh Technology. graphène produksje se begûn yn 2012.

De wichtichste konsumint fan de nanomaterial is in bedriuw Chongqing Morsh Technology. Graphène brûke it foar de produksje fan conductive transparante films, dy't wurde ynfoege yn de TouchScreen display.

Relatyf resint, in bekende bedriuw Nokia hat ôfjûn in patint op de ôfbylding sensor. As ûnderdiel fan dit folle-nedich is in pear lagen fan graphène optysk ynstrumint elemint. Sa'n materiaal brûkt wurdt yn de sensoren fan de kamera sterk tanimt harren gefoelichheid (oant 1000 kear). Tagelyk observearre fermindering fan elektrisiteit konsumpsje. Goede kamera foar de smartphone sil ek befetsje graphène.

Tarieding fan in binnenlânsk omjouwing,

Is it mooglik om produsearje graphène thús? It docht bliken, yes! Jo gewoan moatte nimme in keuken blender kapasiteit fan net minder as 400 W, en folgje de metoade ûntwikkele troch de Ierske natuerkundigen.

Hoe hat produsearje graphène thús? Foar dit doel de blender beker waard geat 500 ml wetter troch tafoegjen 10-25 ml fan in floeistof detergent en 20-50 gram crushed laaien. Fierder it apparaat moat wurde rinne fan 10 minuten foar in heal oere, oant it uterlik fan in slurry fan graphène flakes. It ûntstiene materiaal sil hawwe in heech conductivity dat soe tastean syn gebrûk yn 'e elektroden fan sinnesellen. Graphène ek kin ferbetterje de eigenskippen fan plestik produsearre yn de ynlânske omjouwing.

okside nanomaterial

Wittenskippers aktyf ûndersyk en graphène struktuer sa dat binnen of op de rânen fan de koalstof gaas wurdt taheakke of soerstof befetsjende funksjonele groepen (s) fan it molekúl. Dit bêst Nano-okside dêrfan is de earste twadiminsjonale foto, dy't hawwe berikt it toaniel fan de kommersjele produksje. Fan nano- en microparticles fan dizze struktuer wittenskippers sintimeter fan gebrûk produsearre.

Sa, de graphène okside yn kombinaasje mei koalstof diofilizirovannym waard koartlyn krigen troch Sineeske wittenskippers. Dit is in hiel lichtgewicht materiaal centimeter cube dat wurdt hâlden op 'e kroanblêden fan in lytse blom. Mar dit nije stof, dêr't de graphène okside is ien fan de meast bêst yn 'e wrâld.

biomedical applikaasjes

Graphène okside hat in unike eigenskip fan ûnderskied. Dit sil tastean de stof te finen in biomedical applikaasje. Dus, tanksij it wurk fan wittenskippers wie mooglik te brûken graphène okside foar de diagnoaze fan kanker. Detektearje kanker yn in ier stadium fan syn ûntwikkeling tastean unyk optyske en elektryske eigenskippen fan de nanomaterial.

Ek graphène okside kinne gerichte levering fan medisinen en diagnostyk. Oan de basis fan dit materiaal binne sorption biosensors, wizend nei it DNA molecule.

yndustriële applikaasjes

Ferskate sorbents basearre op de graphène okside kin tapast oan it besmette dezaktsivatsii natuerlike en troch minsken feroarsake objekten. In besuniging fan aktive nanomaterial kin ferwurkje grûn- en oerflaktewetter, boaiem en gie se út 'e radionuclide.

Filters út graphène okside kin soargje superchistotoy ûnderkommen, dy't produceert elektroanyske komponinten foar spesjale tapassings. It unike eigenskippen fan dit materiaal sil trochkringe yn fine gemyske bol technology. Yn it bysûnder, dat kin wêze winning fan radioaktyf fersprate en seldsume metalen. Sa, it brûken fan graphène okside makket it mooglik om extract gouden út lege-grade Ertsen.