Графен изменит нашу жизнь: практическое применение графена в будущем

Теория графена впервые была разработана теоретическим физиком Филипом Волласом в 1947 году, в качестве отправной точки для понимания более сложного, трехмерного графита. Но само название "графен" было дано этому материалу только 40 лет спустя -  так называли слои графита. Другими словами, это название использовали для описания мономолекулярного слоя (слоя, толщиной в одну молекулу) атомов углерода, которые плотно упакованы в двухмерную решетку, по форме напоминающую пчелиные соты. По сути, это базовый строительный блок графитовых материалов любых других размерностей; это материал для создания более сложных веществ. Но сам графен, в своей полностью поддающейся исследованию форме, был открыт только в 2004 году.

С тех пор, за последние шесть лет, ученые открыли, что данное вещество обладает поразительными свойствами. Некоторые считают, что данный материал кардинально изменит наши жизни в двадцать первом веке. Это не только самый тонкий материал, но он также примерно в 200 раз прочней 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 который когда либо измерялся, заявили: "Чтобы порвать пленку графена толщиной в 0.01 мм, понадобится слон, при этом его вес должен уместиться на площади равной кончику карандаша".

Возможно, вы слышали о законе Мура и о поиске замены кремниевым полупроводникам. Графен может оказаться такой заменой. Самая актуальная проблема создателей компьютерных чипов, заключается в том, чтобы увеличить мощность, сделать чипы меньше и достичь всего этого без значительного увеличения температуры. В теории графеновые транзисторы, смогут обеспечить значительно более высокую скорость, при этом препятствуя увеличению температуры на микроскопическом уровне.

Два ученых, Константин Новоселов и Андрей Гейм, стали лауреатами Нобелевской премии 2010 года по физике, за открытие графена. Данная награда, служит признанием многообещающего будущего данного материала. Он может произвести революцию в индустрии электроники и позволит создавать легкие, крепче стали, материалы. И это только некоторые, из длинного списка возможных применений. Гейм заявил, что он "видит параллели с ситуацией, которая сложилась около 100 лет назад, когда были открыты полимеры. Прошло некоторое время и полимеры вошли в нашу жизнь в виде пластмассы и стали играть важную роль в жизни людей".

Андрей Гейм (слева) и Константи Новоселов (справа) на фоне волнистого слоя графена.

Потенциальные области применения, включают замену углеродных волокон в композитных материалах, с целью создания более легковесных самолетов и спутников; замена кремния в транзисторах; внедрение в пластмассу, с целью придания ей электропроводности; датчики на основе графена могут обнаруживать опасные молекулы; использование графеновой пудры в электрических аккумуляторах, с целью увеличения их эффективности; оптоэлектроника; более крепкий, прочный и легкий пластик; герметичные пластиковые контейнеры, которые позволят неделями хранить в нем еду, и она будет оставаться свежей; прозрачное токопроводящее покрытие для солнечных панелей и для мониторов; более крепкие ветряные двигатели; более устойчивые к механическому воздействию медицинские имплантаты; лучшее спортивное снаряжение; суперконденсаторы; улучшение проводимости материалов; высокомощные высокочастотные электронные устройства; искуственные мембраны для разделения двух жидкостей в резервуаре; улучшение тачскринов; ЖКД (жидкокристаллические дисплеи); дисплей на органических светодиодах; графеновые наноленты позволят создать баллистические транзисторы; нанобреши в графене могут позволить создать новые техники скоростного секвенирования ДНК.

И это всего лишь вершина айсберга возможностей применения. Мы стоим еще в самом начале длинного пути. Представьте себе последствия хотя бы только компьютерной революции. IBM уже продемонстрировала 100 GHz транзистор на основе графена и заявила, что на горизонте уже маячит процессор мощностью в 1THz. 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.

Оригинал (на англ. языке): Bigthink

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов