Graphene na matumizi yake. ugunduzi wa graphene. Nanotechnology katika ulimwengu wa kisasa

Hivi karibuni katika Sayansi na Teknolojia ni eneo mpya iitwayo nanoteknik. Matarajio ya nidhamu hii si tu kubwa. Wao ni mkubwa. chembe, inajulikana kama "nano" ni thamani sawa na moja ya bilioni ya sehemu ya thamani yoyote. ukubwa haya yanaweza tu ikilinganishwa na ukubwa wa chembe na molekuli. Kwa mfano, nanometer inaitwa mmoja bilioni ya mita.

mwelekeo kuu ya uwanja mpya wa sayansi

Nanotechnology aitwaye wale kuendesha jambo katika ngazi ya molekuli na atomi. Kwa hiyo, sehemu hii ya sayansi pia huitwa teknolojia ya molekuli. ilikuwa msukumo kwa ajili ya maendeleo yake ni nini? Nanotechnology katika ulimwengu wa kisasa na kuonekana kutokana na mihadhara Richarda Feynmana. Ndani yake mwanasayansi imeonyesha kwamba hakuna vikwazo kuundwa mambo moja kwa moja kutoka atomi.

Maana kwa kufanya udanganyifu ufanisi wa chembe vidogo aitwaye assembler. Hii nanomachine molekuli, ambayo inaweza kutumika kujenga muundo wowote. Kwa mfano, assembler anaweza kuitwa ribosomu asili synthesizing protini katika viumbe hai.

Nanotechnology katika ulimwengu wa kisasa si tu eneo moja la utaalamu. Wao kuwakilisha wigo mpana wa utafiti moja kwa moja na sayansi wengi msingi. Miongoni mwao ni fizikia, kemia na biolojia. Kwa mujibu wa wanasayansi, sayansi ya haya itakuwa na msukumo nguvu zaidi kwa maendeleo kwa kwenda kinyume na nanotech kuja mapinduzi.

nyanja ya maombi

Orodha nyanja zote za shughuli za binadamu, ambapo nanoteknik hutumiwa leo, haiwezekani kwa sababu ya orodha ya kuvutia sana. Hivyo, kwa msaada wa uwanja huu wa sayansi zinazozalishwa:

- vifaa kwa ajili ya superdense kurekodi taarifa yoyote,
- Vifaa vya mbalimbali,
- sensorer, seli nishati ya jua, semiconductor transistors,
- habari, kompyuta na teknolojia ya habari,
- nanoimprint na nanolithography;
- vifaa kwa ajili ya kuhifadhi nishati, na seli mafuta;
- ulinzi, nafasi na anga maombi;
- bioinstrumentary.

Kwenye uwanja huu wa kisayansi wa nanoteknik katika Urusi, Marekani, Japan na nchi kadhaa za Ulaya na fedha zaidi ni zilizotengwa kila mwaka. Hii ni kutokana na matarajio makubwa ya maendeleo ya nyanja hii ya utafiti.

Nanotechnology ni zinazoendelea katika Urusi kwa mujibu wa lengo mpango Shirikisho, ambayo inatoa gharama si tu kubwa ya fedha, lakini pia kufanya kiasi kikubwa cha kubuni na utafiti kazi. Ili kufikia malengo ya kwenda kuunganisha juhudi za mifumo mbalimbali ya sayansi na teknolojia katika ngazi ya makampuni ya kitaifa na kimataifa.

nyenzo mpya

Nanotechnology umewezesha wanasayansi kuzalisha sahani carbon ngumu kuliko almasi ambao unene ni chembe moja tu. Lina graphene. Ni Thinnest na nguvu nyenzo katika ulimwengu, ambayo transmits umeme bora zaidi kuliko chips silicon kompyuta.

ugunduzi wa graphene ni wa kweli mapinduzi ya tukio hilo, ambayo itawawezesha mabadiliko mengi katika maisha yetu. Nyenzo hii ni mali ya kipekee kimwili ambayo kimsingi mabadiliko hali ya binadamu wa mambo na vitu.

Historia ya ugunduzi

Graphene ni ya pande mbili kioo. Muundo wake ni kimiani hexagonal yenye atomi kaboni. masomo ya kinadharia ya graphene kuanza kwa muda mrefu kabla ya kupata miundo lake halisi, kwa kuwa nyenzo hii ni msingi wa ujenzi wa pande tatu grafiti kioo.

Hata katika mwaka wa 1947 G. P. Volles ana baadhi ya mali ya graphene, kuthibitisha kwamba muundo wake ni madini kama hiyo, na baadhi tabia kama za Ultra-relativistic chembe neutrinos na fotoni massless. Hata hivyo, nyenzo mpya kuna baadhi ya tofauti kubwa kwamba kufanya hivyo ni ya kipekee katika asili yake. Lakini uthibitisho wa matokeo haya ni kupatikana tu mwaka 2004, wakati Konstantin Novoselov na Andrey Geim mara ya kwanza kupatikana kwa kaboni katika hali ya bure. Dutu hii mpya inaitwa graphene, na alikuwa mkubwa ugunduzi wanasayansi. Kupata bidhaa hii inaweza kuwa katika kalamu. grafiti ya fimbo imeundwa na tabaka mbalimbali ya graphene. Je kalamu majani ya alama juu ya karatasi? Ukweli ni kuwa, pamoja na nguvu ya vipengele msingi wa tabaka, kuna uhusiano mdogo sana kati yao. Wao ni rahisi sana kuanguka katika kuwasiliana na karatasi, na kuacha uchaguzi kwa kuandika.

Kwa kutumia nyenzo mpya

Kwa mujibu wa wanasayansi, kubaini ambavyo ni msingi graphene, na uwezo wa kuchambua nguvu na hali ya ndege, ikiwa ni pamoja na kutabiri matetemeko. Lakini tu wakati nyenzo na mali kama kuondoka stunning ukuta maabara kuwa wazi matumizi halisi ya kuendeleza katika mwelekeo wa dutu. Kwa sasa siku, maduka ya dawa, Fizikia na wahandisi umeme tayari nia ya uwezo wa kipekee wa graphene. Baada gramu chache tu wa dutu inaweza kufunikwa wilaya, sawa na uwanja wa mpira.

Graphene na matumizi yake uwezekano kuchukuliwa katika kuzalisha satelaiti nyepesi na ndege. Katika eneo hili, nyenzo mpya unaweza kuchukua nafasi carbon nyuzi katika vifaa Composite. Nanomaterials inaweza kutumika badala ya transistors silicon na utekelezaji wake katika plastiki kutoa conductivity umeme.

Graphene na matumizi yake huchukuliwa katika utengenezaji mambo sensor. Vifaa hivi hutengenezwa kwa misingi ya nyenzo karibuni utakuwa na uwezo wa kuchunguza molekuli hatari zaidi. Lakini matumizi ya Nano-poda katika uzalishaji wa betri ya umeme mara kwa mara ili kuongeza ufanisi wao.

Graphene na matumizi yake ni kujadiliwa kwa optoelectronics. Ya nyenzo mpya kitakuwa nyepesi sana na muda mrefu plastiki ambayo vyombo itaruhusu kwa wiki chache kuweka chakula safi.

matumizi ya graphene na unatarajiwa kutengeneza uwazi conductive mipako inahitajika kwa ajili ya wachunguzi, solpaneler na nguvu zaidi na sugu na madhara ya mitambo mitambo ya upepo.

Kulingana nanomaterial itakuwa na vifaa vya michezo bora, implantat matibabu na supercapacitors.

Pia, graphene na matumizi yake muhimu kwa:

- high-frequency high-nguvu vifaa vya umeme,
- utando bandia kutenganisha maji mbili katika tank,
- kuboresha conductivity tabia za vitu mbalimbali,
- kujenga kuonyesha kwenye mwanga hai kutotoa moshi diode;
- kasi ya maendeleo ya mbinu mpya ya upangaji wa DNA,
- kuboresha maonyesho kioevu kioo,
- ilipigwa transistors.

matumizi katika sekta ya magari

Kulingana na watafiti, nishati maalum mbinu graphene 65 kWh / kg. Idadi hii ni mara 47 zaidi ya moja ambayo inajulikana sana siku hizi lithiamu-ion betri. Jambo hili, wanasayansi kutumika kuunda kizazi kipya cha chaja betri.

Graphene polymer betri - kifaa kwa njia ya ambayo kiwango cha juu ya nguvu za umeme kwa ufanisi kuendelea kuwepo. Hivi sasa, kazi hiyo inafanywa na watafiti katika nchi nyingi. maendeleo makubwa kupatikana wanasayansi Kihispania katika jambo hili. Graphene-polymer betri, wao iliyoundwa ina matumizi ya nishati, mara mia zaidi ya takwimu sawa kwa betri zilizopo. Wao kuitumia kuandaa magari ya umeme. mashine, ambayo ni imewekwa graphene betri, unaweza kusafiri bila kuacha maelfu ya kilomita. Recharge nishati ya umeme chanzo wakati uchovu unahitaji si zaidi ya dakika 8.

skrini za

Wanasayansi kuendelea kuchunguza graphene, kujenga mambo mapya na unparalleled. Hivyo, carbon nanomaterial imepata matumizi yake katika uzalishaji kwamba hutoa kugusa skrini na screen kubwa. mrefu inaweza kuonekana na kifaa rahisi wa aina hii.

Wanasayansi got karatasi graphene ni mstatili katika sura na akageuka ndani electrode wazi. Pia ina walishiriki katika kazi ya screen kugusa, sana kupunguza uimara, uwazi, kubadilika, kimazingira urafiki na gharama nafuu.

kupata graphene

Tangu mwaka 2004, wakati ilifunguliwa nanomaterials mpya zaidi, wanasayansi mastered mbinu kadhaa kwa ajili ya maandalizi yake. Hata hivyo, msingi zaidi ya njia hizi ni kuchukuliwa:

- mitambo exfoliation,
- epitaxial ukuaji utupu;
- baridi perofaznogo kemikali (CVD mchakato).

kwanza ya njia hizi tatu ni rahisi zaidi. graphene uzalishaji na exfoliation mitambo ni matumizi maalum ya grafiti uso adhesive mkanda adhesive. Baada ya msingi huu, kama karatasi, kuanza bend na unbend, kutenganisha vifaa taka. Wakati wa kutumia njia hii graphene kupata ubora wa juu. Hata hivyo, vitendo kama haifai kwa uzalishaji wa habari wa nanomaterials.

Wakati wa kutumia njia ya ukuaji epitaxial ya kaki nyembamba silicon ni kutumika, safu ya uso ambayo ni silicon. Zaidi ya hayo, nyenzo hii ni joto katika joto la juu sana (1000 K). Kutokana na athari za kemikali ni kutengwa na silicon atomi ya atomi kaboni, ya kwanza ambayo itakuwa kama sarabi. Matokeo yake, rekodi bado safi graphene. hasara ya njia hii ni umuhimu wa kutumia joto ya juu sana, ambayo yanaweza kutokea wakati wa mwako wa atomi kaboni.

ya uhakika na rahisi njia kutumika kwa ajili ya uzalishaji wa habari wa graphene, CVD-mchakato. Ni njia ambayo majibu ya kemikali kati ya chuma-coated kichocheo na hydrocarbon gesi.

Ambayo inazalisha graphene?

Hadi sasa, kampuni kubwa zaidi, hutoa nanomaterial mpya iko katika China. jina la mtengenezaji - Ningbo Morsh Teknolojia. graphene uzalishaji wao ulianza mwaka 2012.

matumizi kuu ya nanomaterial ni kampuni Chongqing Morsh Teknolojia. Graphene kuitumia kwa ajili ya uzalishaji wa conductive filamu uwazi, ambayo ni kuingizwa katika kuonyesha touchscreen.

Hivi karibuni, kampuni maalumu Nokia imetoa leseni ya sensor picha. Kama sehemu ya hii unaohitajika ni tabaka kadhaa ya graphene macho chombo kipengele. Kama nyenzo kutumika katika sensorer ya kamera kwa kiasi kikubwa kuongezeka unyeti wao (hadi mara 1000). Wakati huo huo aliona kupungua kwa matumizi ya umeme. kamera nzuri kwa ajili ya smartphone pia yana graphene.

Maandalizi ya mazingira ya ndani,

Je, inawezekana kuzalisha graphene nyumbani? Zinageuka, ndiyo! Wewe tu haja ya kuchukua jikoni blender uwezo wa si chini ya 400 W, na kufuata njia ya maendeleo na Fizikia Kiayalandi.

Je kuzalisha graphene nyumbani? Kwa ajili hiyo blender kikombe alimwagwa 500 ml ya maji kwa kuongeza 10-25 ml ya sabuni yoyote kioevu na gramu 20-50 ya slate kuangamizwa. Zaidi ya hayo kifaa lazima kukimbia kutoka dakika 10 nusu saa, mpaka muonekano wa tope ya flakes graphene. nyenzo kusababisha itakuwa na conductivity high ambayo kuruhusu matumizi yake katika electrodes ya seli nishati ya jua. Graphene pia kuboresha tabia za plastiki zinazozalishwa katika mazingira ya nyumbani.

oxide nanomaterial

Wanasayansi kikamilifu utafiti na graphene muundo vile kwamba ndani au kwenye kona za mesh carbon ni masharti au oksijeni zenye vikundi vya kazi (s) ya molekuli. Hii imara Nano-oxide ambayo ni ya kwanza ya pande mbili picha, ambayo tumefikia hatua ya uzalishaji wa kibiashara. Kutoka nano na microparticles ya muundo huu wanasayansi sentimita sampuli zinazozalishwa.

Hivyo, oxide graphene pamoja na carbon diofilizirovannym hivi karibuni kupatikana na wanasayansi Kichina. Hii ni nyepesi sana nyenzo sentimita mchemraba inayofanyika juu ya petals ya maua ndogo. Lakini Dutu hii mpya, ambapo oxide graphene ni moja ya imara zaidi duniani.

maombi ya matibabu

Graphene oksidi ina mali ya kipekee ya kuchagua. Hii itaruhusu Dutu kupata maombi ya matibabu. Hivyo, kutokana na kazi ya wanasayansi ni inawezekana kutumia graphene oxide ajili ya utambuzi wa saratani. Tambua kansa katika hatua za awali za maendeleo yake kuruhusu kipekee macho na umeme tabia za nanomaterial.

Pia graphene oxide inaruhusu utoaji walengwa wa dawa na uchunguzi. Juu ya msingi wa nyenzo hii ni Sorption biosensors, akizungumzia kwa molekuli ya DNA.

maombi ya viwanda

sorbents mbalimbali kulingana na oksidi graphene inaweza kutumika kwa kuambukizwa dezaktsivatsii asili na mwanadamu vitu. kata ya nanomaterial kazi inaweza mchakato chini ya ardhi na maji ya uso, udongo na kusafisha yao kutoka radionuclide.

Filters kutoka oxide graphene inaweza kutoa superchistotoy majengo, ambayo inazalisha vipengele vya umeme kwa matumizi maalum. mali ya kipekee ya nyenzo hii itakuwa kupenya ndani faini kemikali teknolojia nyanja. Hasa, hii inaweza kuwa na uchimbaji wa madini mionzi waliotawanyika na nadra. Hivyo, matumizi ya oxide graphene inaruhusu kwa dondoo dhahabu chini ya daraja ores.