Graphene a'i gymhwysiad. Mae darganfod graphene. Nanotechnoleg yn y byd modern

Yn gymharol ddiweddar mewn Gwyddoniaeth a Thechnoleg yn faes newydd, o'r enw nanodechnoleg. Nid yw Rhagolygon ar gyfer disgyblaeth yn unig yw enfawr. Maent yn uchelgeisiol. Mae'r gronynnau, y cyfeirir ato fel "nano" yn un gwerth ag un biliynfed o ffracsiwn o unrhyw werth. Gall y rhain maint ond yn cael eu cymharu â maint atomau a moleciwlau. Er enghraifft, a elwir yn nanomedr yn yr un-biliynfed o fetr.

Y prif gyfeiriad y cae newydd o wyddoniaeth

Nanotechnoleg Gelwir y rhai sy'n trin y mater ar lefel y moleciwlau ac atomau. Felly, a elwir hefyd yn y maes hwn o wyddoniaeth technoleg moleciwlaidd. Beth oedd yr ysgogiad ar gyfer ei ddatblygu? Nanotechnoleg yn y byd modern wedi ymddangos diolch i darlithoedd Richarda Feynmana. Ynddo y gwyddonydd wedi profi nad oes unrhyw rwystrau i bethau creu yn uniongyrchol gan yr atomau.

Olygu i trin yn effeithiol o ronynnau bach iawn a elwir yn cyfosodwr. Mae'r nanomachine moleciwlaidd, y gellir ei ddefnyddio i adeiladu unrhyw strwythur. Er enghraifft, gall y cyfosodwr yn cael eu galw ribosome naturiol syntheseiddio protein mewn organebau byw.

Nid Nanotechnoleg yn y byd modern yn unig un ardal o arbenigedd. Maent yn cynrychioli cwmpas eang o waith ymchwil yn ymwneud yn uniongyrchol â nifer o wyddorau sylfaenol. Yn eu plith mae ffiseg, cemeg a bioleg. Yn ôl gwyddonwyr, bydd y gwyddorau hyn yn cael y symbyliad mwyaf pwerus i ddatblygiad yn erbyn cefndir y chwyldro nanotech ddod.

maes gais

Rhestrwch yr holl agwedd o weithgarwch dynol, lle mae nanodechnoleg cael ei ddefnyddio heddiw, nid oes modd oherwydd y rhestr drawiadol iawn. Felly, gyda chymorth y maes hwn o wyddoniaeth yn cael eu cynhyrchu:

- dyfeisiau ar gyfer cofnodi superdense unrhyw wybodaeth;
- offer amrywiol;
- synwyryddion, celloedd solar, transistorau lled-ddargludyddion;
- gwybodaeth, cyfrifiadureg a thechnoleg gwybodaeth;
- nanoimprint a nanolithography;
- dyfeisiau ar gyfer storio ynni, a chelloedd tanwydd;
- amddiffyn, gofod a hedfan ceisiadau;
- bioinstrumentary.

Ar y maes gwyddonol o nanodechnoleg yn Rwsia, UDA, Japan a nifer o wledydd Ewropeaidd gyda mwy o arian yn cael ei ddyrannu bob blwyddyn. Mae hyn oherwydd y rhagolygon helaeth ar gyfer datblygu maes ymchwil hwn.

Nanotechnoleg yn datblygu yn Rwsia yn ôl y rhaglen targed Ffederal, sy'n darparu costau ariannol nid yn unig yn fawr, ond mae hefyd yn cario llawer iawn o waith cynllunio ac ymchwil. Er mwyn cyflawni'r nodau yn mynd i uno ymdrechion gwahanol systemau gwyddonol a thechnolegol ar lefel gorfforaethau cenedlaethol a rhyngwladol.

deunydd newydd

Nanotechnoleg wedi galluogi gwyddonwyr i gynhyrchu plât carbon galetach nag y mae ei diemwnt drwch ond un atom. Mae'n cynnwys graphene. Dyma'r deunydd teneuaf a chryfaf yn y bydysawd, sy'n trosglwyddo trydan yn llawer gwell na sglodion cyfrifiadurol silicon.

Mae'r darganfyddiad o graphene yn ddigwyddiad chwyldroadol go iawn, a fydd yn caniatáu llawer o newid yn ein bywydau. Mae'r deunydd hwn yn priodweddau ffisegol mor unigryw sy'n newid yn sylfaenol y natur ddynol o bethau a sylweddau.

Hanes o ddarganfod

Graphene yn grisial dau ddimensiwn. Mae ei strwythur yn dellt chweonglog cynnwys atomau carbon. astudiaethau damcaniaethol o graphene Dechreuodd hir cyn cael ei gynlluniau go iawn, gan fod y deunydd hwn yn sail i adeiladu grisial graffit tri dimensiwn.

Hyd yn oed yn 1947 G. P. Volles ganddo rai priodweddau graphene, sy'n profi bod ei strwythur yn metelau tebyg, ac mae rhai nodweddion tebyg i'r rhai y gronynnau ultra-perthnaseddol, neutrinos a ffotonau massless. Fodd bynnag, mae'r deunydd newydd mae gwahaniaethau arwyddocaol penodol sy'n ei gwneud yn unigryw o ran ei natur. Ond cadarnhad o'r canfyddiadau hyn yn cael dim ond yn 2004, pan Konstantin Novoselov a Andrey Geim gafwyd gyntaf gan y carbon yn y wladwriaeth am ddim. Gelwir y sylwedd newydd yn graphene, ac roedd yn brif wyddonwyr darganfod. Dod o hyd i eitem hon yn gallu bod mewn pensil. Mae ei wialen graffit yn cynnwys haenau lluosog o graphene. Sut mae pensil yn gadael marc ar y papur? Y ffaith yw bod, er gwaethaf cryfder y cydrannau craidd y haenau, mae cyswllt gwan iawn rhyngddynt. Maent yn hawdd iawn i ddisgyn mewn cysylltiad â'r papur, gan adael llwybr yn ysgrifenedig.

Defnyddio'r deunydd newydd

Yn ôl gwyddonwyr, y synwyryddion sydd wedi eu seilio ar graphene, yn gallu dadansoddi'r cryfder a chyflwr yr awyren, yn ogystal ag i ragweld daeargrynfeydd. Ond dim ond pan fydd y deunydd gydag eiddo o'r fath yn gadael labordai wal trawiadol yn dod yn glir a fydd ar waith yn ymarferol yn datblygu yn y cyfeiriad y sylwedd. Ar hyn o bryd dydd, cemegwyr, ffisegwyr a pheirianwyr trydanol eisoes â diddordeb yn y galluoedd unigryw o graphene. Ar ôl y gall dim ond ychydig gram o'r sylwedd yn cael eu cynnwys tiriogaeth, cyfartal i gae pêl-droed.

Graphene a'i gymhwysiad a allai fod yn ei ystyried wrth gynhyrchu lloerennau ysgafn ac awyrennau. Yn yr ardal hon, gall y deunydd newydd yn disodli'r ffibrau carbon yn y deunyddiau cyfansawdd. Efallai nanomaterials yn lle transistorau silicon a'i weithrediad mewn plastig rhoi dargludedd trydanol.

Graphene a'i ddefnydd yn cael eu hystyried mewn gweithgynhyrchu materion synhwyrydd. dyfeisiau hyn yn cael eu ffurfio ar sail y deunydd diweddaraf yn gallu canfod y moleciwl mwyaf peryglus. Ond mae'r defnydd o Nano-powdr wrth gynhyrchu batris trydan ar adegau er mwyn cynyddu eu heffeithiolrwydd.

Graphene a'i gymhwysiad yn cael eu trafod mewn optoelectroneg. Y deunydd newydd yn troi allan plastig ysgafn ac yn wydn iawn lle bydd y cynwysyddion yn caniatáu ar gyfer ychydig wythnosau i gadw bwyd ffres.

Disgwylir i'r defnydd o graphene ac i gynhyrchu gorchudd dargludol tryloyw sy'n ofynnol ar gyfer monitro, paneli solar a gryfach ac yn fwy ymwrthol i effeithiau mecanyddol tyrbinau gwynt.

Bydd nanomaterial Seiliedig cael cyfarpar chwaraeon gwell, mewnblaniadau meddygol a supercapacitors.

Hefyd, graphene a'i gymhwysiad sy'n berthnasol i:

- dyfeisiau electronig uchel-amledd uchel-pŵer;
- bilen artiffisial gwahanu dau hylif yn y tanc;
- gwella priodweddau dargludedd gwahanol ddefnyddiau;
- creu arddangosfa ar y golau organig allyrru deuod;
- cyflymu datblygu technegau newydd o dilyniant DNA;
- gwella arddangosfeydd crisial hylifol;
- transistorau ballistic.

Mae'r defnydd yn y diwydiant modurol

Yn ôl ymchwilwyr, mae'r ynni penodol dulliau y graphene 65 kWh / kg. Mae'r ffigur hwn yn 47 gwaith yn uwch na'r un sydd mor gyffredin y dyddiau hyn batris lithium-ion. Mae'r ffaith hon, mae gwyddonwyr wedi eu defnyddio i greu cenhedlaeth newydd o chargers batri.

polymer batri Graphene - y ddyfais trwy gyfrwng y mae'r pŵer trydan uchaf cadw effeithlon. Ar hyn o bryd, mae'r gwaith arno yn cael ei wneud gan ymchwilwyr mewn llawer o wledydd. cynnydd sylweddol a gyflawnwyd gwyddonwyr Sbaeneg yn y mater hwn. batri graphene-polymer, maent yn creu gan y defnydd o ynni, mae cannoedd o gwaith yn fwy na'r ffigur tebyg ar gyfer batris sy'n bodoli eisoes. Maent yn ei ddefnyddio i baratoi cerbydau trydan. Mae'r peiriant, sy'n cael ei osod batri graphene, gall deithio heb stopio miloedd o gilometrau. Er mwyn ad-daliad y ffynhonnell ynni trydanol pryd y bydd angen blinder dim mwy na 8 munud.

touchscreens

Mae gwyddonwyr yn parhau i archwilio graphene, gan greu pethau newydd a heb ei ail. Felly, mae'r nanomaterial carbon wedi dod o hyd ei gais mewn cynhyrchu sy'n cynhyrchu sgriniau cyffwrdd â sgrîn lydan. Efallai y bydd y term yn ymddangos a dyfais hyblyg o'r math hwn.

Mae gwyddonwyr yn cael taflen graphene yn hirsgwar o ran siâp ac yn troi i mewn i electrod dryloyw. Mae hefyd wedi cymryd rhan yng ngwaith y sgrîn gyffwrdd, gan leihau yn fawr y gwydnwch, tryloywder, hyblygrwydd, cyfeillgarwch amgylcheddol a chost isel.

cael graphene

Ers 2004, pan agorwyd y nanomaterials mwyaf newydd, mae gwyddonwyr wedi meistroli nifer o ddulliau ar gyfer ei baratoi. Fodd bynnag, mae'r rhan fwyaf sylfaenol o'r ffyrdd hyn yn cael eu hystyried:

- diblisgiad mecanyddol;
- twf Epitaxial mewn gwactod;
- oeri perofaznogo gemegol (CVD-broses).

Y cyntaf o'r rhain tri dull yw'r mwyaf syml. cynhyrchu graphene gyda exfoliation mecanyddol yn gais arbennig o graffit i'r wyneb gludiog o dâp gludiog. Ar ôl y sylfaen hon, fel darn o bapur, yn dechrau i blygu a unbend, gwahanu y deunydd a ddymunir. Wrth wneud cais hwn graphene dull cael y safon uchaf. Fodd bynnag, nid yw camau o'r fath yn addas ar gyfer cynhyrchu màs o nanomaterials.

Wrth ddefnyddio'r dull o dwf Epitaxial o wafferi silicon tenau yn cael eu defnyddio, yr haen wyneb sy'n silicon carbide. Ymhellach, y deunydd hwn yn cael ei gynhesu ar dymheredd uchel iawn (1000 K). O ganlyniad i adweithiau cemegol yn cael ei gwahanu oddi wrth y atomau silicon o atomau carbon, y cyntaf o'r rhain vaporize. O ganlyniad, mae'r cofnod yn parhau i fod graphene pur. Anfantais y dull hwn yw yr angen i ddefnyddio tymheredd uchel iawn, sy'n gallu digwydd yn ystod hylosgiad o atomau carbon.

Y dull mwyaf dibynadwy a syml a ddefnyddir ar gyfer cynhyrchu màs o graphene, a-proses CVD. Mae'n ddull lle mae'r adwaith cemegol rhwng y nwyon catalydd a hydrocarbon gorchuddio-metel.

Sy'n cynhyrchu graphene?

Hyd yn hyn, mae'r cwmni mwyaf, yn cynhyrchu nanomaterial newydd yn cael ei leoli yn Tsieina. Enw'r gwneuthurwr - Ningbo Technoleg Morsh. cynhyrchu graphene maent yn dechrau yn 2012.

Y prif ddefnyddwyr y nanomaterial yn gwmni Chongqing Morsh Thechnoleg. Graphene yn ei ddefnyddio ar gyfer cynhyrchu ffilmiau tryloyw dargludol, sy'n cael eu mewnosod yn y touchscreen arddangos.

Yn gymharol ddiweddar, cwmni adnabyddus Nokia wedi cyhoeddi patent ar y synhwyrydd ddelwedd. Fel rhan o hyn-angen mawr yn ychydig o haenau o elfen offeryn optegol graphene. deunydd o'r fath a ddefnyddir yn y synwyryddion o gamerâu yn cynyddu yn fawr eu sensitifrwydd (hyd at 1000 gwaith). Ar yr un pryd a welwyd gostyngiad yn y defnydd o drydan. Bydd camera da ar gyfer y smartphone hefyd yn cynnwys graphene.

Paratoi amgylchedd y cartref,

A yw'n bosibl cynhyrchu graphene gartref? Mae'n troi allan, ie! 'Ch jyst angen i chi gymryd capasiti cymysgydd cegin o ddim llai na 400 W, a dilyn y dull a ddatblygwyd gan y ffisegwyr Iwerddon.

Sut wnaeth cynhyrchu graphene yn y cartref? At y diben hwn y cwpan cymysgydd ei arllwys 500 ml o ddwr drwy ychwanegu 10-25 ml o unrhyw glanedydd hylif a 20-50 gram o lechi wedi'u malu. Ymhellach, dylai'r ddyfais gael ei rhedeg o 10 munud i hanner awr, hyd nes y ymddangosiad slyri o naddion graphene. Bydd y deunydd sy'n deillio yn cael dargludedd uchel a fyddai'n caniatáu i'w defnyddio yn y electrodau o gelloedd solar. Graphene gall hefyd yn gwella priodweddau blastig a gynhyrchir yn yr amgylchedd y cartref.

nanomaterial ocsid

Mae gwyddonwyr yn weithredol ymchwilio a strwythur graphene fel bod y tu mewn neu ar y ymylon y rhwyll carbon ynghlwm neu grwpiau swyddogaethol ocsigen-sy'n cynnwys (au) y moleciwl. Mae hyn yn solid Nano-ocsid sef y lluniau dau ddimensiwn cyntaf, sydd wedi cyrraedd y cam o'r broses gynhyrchu masnachol. O nano a microparticles y strwythur hwn wyddonwyr centimetr samplau a gynhyrchir.

Felly, mae'r graphene ocsid mewn cyfuniad â diofilizirovannym carbon gafwyd yn ddiweddar gan wyddonwyr Tseiniaidd. Mae hwn yn ciwb centimetr deunydd ysgafn iawn sy'n cael ei gynnal ar y petalau blodyn bach. Ond mae hyn sylwedd newydd, lle mae'r graphene ocsid yn un o'r rhai mwyaf cadarn yn y byd.

ceisiadau biofeddygol

Mae gan ocsid Graphene eiddo unigryw o detholusrwydd. Bydd hyn yn caniatáu i'r sylwedd i ddod o hyd i gais biofeddygol. Felly, diolch i waith gwyddonwyr oedd yn bosibl i ddefnyddio graphene ocsid ar gyfer gwneud diagnosis o ganser. Canfod canser yn gynnar o'i datblygu yn caniatáu briodweddau optegol a thrydanol unigryw y nanomaterial.

Hefyd ocsid graphene yn caniatáu cyflenwi targedu o gyffuriau a diagnosteg. Ar sail y deunydd hwn yn biosynwyryddion sorption, gan bwyntio at y moleciwl DNA.

cymwysiadau diwydiannol

Gall sorbents Amrywiol yn seiliedig ar y graphene ocsid yn cael eu cymhwyso at y gwrthrychau naturiol a gwneuthuredig dezaktsivatsii heintio. Mae toriad o nanomaterial gweithredol prosesu dŵr daear a dŵr wyneb, pridd ac yn eu clirio o'r radioniwclid.

Gall Hidlau o graphene ocsid darparu safleoedd superchistotoy, sy'n cynhyrchu cydrannau electronig ar gyfer ceisiadau arbennig. Bydd yr eiddo unigryw o'r deunydd hwn treiddio i dechnoleg cemegol maes dirwy. Yn benodol, gall hyn fod echdynnu metelau gwasgaredig a phrin ymbelydrol. Felly, y defnydd o graphene ocsid yn caniatáu i echdynnu aur o fwynau o radd isel.