Графен – пришелец из будущего

Графен – пришелец из будущего

Графен – пришелец из будущего

Когда в 2004 году британские ученые – кстати, российского происхождения, - впервые получили тонкий двухмерный слой графита, вряд ли они сами догадывались, какое «громкое» будущее ожидает их открытие. Новый материал удалось получить посредством, на первый взгляд, простой операции:  кусок графита поместили между слоями скотча и отщепляли от него слои, пока толщина не достигла одного атома. Так ученые открыли совершенно новый и самый тонкий в мире материал, - графен. Он действительно самый «худой» на свете искусственный материал, - тоньше точно не бывает, а  если верить ученым, то и быть не может.  

Но «худоба» - не главное достоинство графена. А главное его качество – необычайная прочность. Опять же, если верить ученым, до сих пор в мире не открыто ни одного материала, который по прочности превосходил бы графен. Еще одно его свойство – проводимость, присущая металлам, при том, что графен все-таки полуметалл. Тут во всем «виновата» его ковалентная кристаллическая решетка, состоящая из плотно связанных между собой шестиугольников атомов углерода, - это и делает графен раз в двести прочнее стали, и, скажем, бронежилет из графена будет вообще невесомым, но гарантированно сверхпрочным.

А это свойство графена можно отнести к «волшебным»: при нагревании он, вопреки всем законам физики,… сжимается, а при охлаждении – расширяется! Это единственный в мире материал, который ведет себя таким необычным образом.

Разумеется, графен можно использовать не только для производства бронежилетов. Его используют и в медицине, и в микробиологии, и в химии. Удивительно, но факт: ученые обнаружили «противораковые» свойства графена, и его успешно используют уже против шести видов онкологических заболеваний. В микробиологии и бохимии графеновые пластинки используются в качестве подложки для электронной микроскопии белков. Такая подложка отличается слабым поглощением электронов, хорошей токопроводимостью, и, что больше всего радует микробиологов, очень бережно обходится с белковой молекулой, никак не искажая ее форму.

Графен можно использовать и в коммунальном хозяйстве. Так, в 2014 году в Массачусетском технологическом институте разработали новую технологию опреснения и очистки воды, - в листах графена проделываются наноотверстия определенного диаметра, и, таким образом, получаются сверхтонкие фильтры для высокой степени очистки, например, сточных вод.

Разумеется, сразу обратили внимание на графен и мировые производители электроники. Скажем, когда выяснилось, что с поверхности графена может формироваться ультрафиолетовое излучение, за это открытие схватились производители ультрафиолетовых ламп нового поколения, где уже не используется высокотоксичная ртуть, применяемая сегодня, например, в противобактериальных и противовирусных лампах.

Из графена можно делать дисплеи солнечные батареи высочайшего и совершенно иного качества, чем сейчас. Дело в том, что здесь особую важность имеет прозрачность материала, из которого они изготовлены. До сих пор здесь использовали стекло, поглощающее примерно 10 процентов света, а графен, поглощающий максимум 2 процента света, практически абсолютно прозрачен.

Производители гаджетов давно соревнуются в создании  «быстрых зарядников», и здесь им тоже может помочь графен, который можно использовать при производстве  аккумуляторов. Собственно, графен уже используют для этого, - уже есть устройства, полностью заряжающие гаджеты за 18 минут. Конечно, такие мощные пауэрбанки быстро вытеснят обычные, «безграфенные» зарядники, - вопрос только в снижении себестоимости их производства. Пока графен – удовольствие недешевое.  Иначе их сразу начали бы ставить на электромобили, разработкой которых сегодня озаботились все ведущие автопроизводители планеты.  Очевидно, графеновая революция решит проблему всех электромобилей, - малый пробег от одной зарядки. Графеновый аккумулятор позволит повысить удельную емкость раз в пять-шесть по сравнению с литий-ионными аккумуляторами, при том, что и заряжается графеновый аккумулятор в разы быстрее.

Но, опять же, графеновые аккумуляторы будут и в разы дороже, а значит, их создателям придется подумать об удешевлении производства.

Наверное, куда быстрее в наш быт войдет графеновая лампа. Британцы уже разработали такую самую тонкую в мире лампу. Принцип ее действия несложен: это пара металлических электродов, между которыми на кремниевой подложке установлена супертонкая графеновая пластинка. Привычной нам в обычных лампах накаливания вольфрамовой нити здесь нет, и нагреваться тут нечему, а значит, графеновая лампа в принципе не может перегреваться. В этом как раз и сказывается волшебное свойство графена, о которым мы уже сказали, - при высоких температурах резко падает теплопроводность этого материала. Нагреваясь до 2800 градусов по Цельсию, графен, установленный в такой лампе, и становится источником света, практически не «обогревая» само устройство.

В сравнении со светодиодами – та же история: графен экономичнее, и функциональнее. Секрет – в том, что для свечения графеновая нить потребляет куда меньше энергии, поскольку электроны проходят через графен практически без сопротивления. Потому и плотность тока в графене очень высокая, - например, плотность тока меди она превышает в миллионы раз. Ко всему прочему, меняя расстояния между подложкой и графеновой нитью, можно изменять и цвет света графеновой лампы. Так что наш графен – еще и «эстет». Впрочем, дело тут не только в красоте, - куда важнее, что «графеновый» свет безопаснее для наших глаз, чем свет от обычной лампы, тут все дело в близости спектра графена к естественному освещению. В принципе, графен можно использовать и для обычных светодиодных ламп, - если напылить этот материал на светодиод, даже простая и маломощная лампочка будет ярче светить, а по экономичности и «долгожительству» превзойдет своих «сестер»  более чем на десять процентов.

Вот такой он, графен, волшебник. Если ученые найдут способ удешевить способы его получения и использования, этот удивительный материал, наверняка, покорит мир.

Оценить статью
(0)