В мире науки графен произвел целую революцию: в мире зарегистрировано более 50 тыс. патентов с этим материалом, более 50% из них принадлежит Китаю. Его используют почти во всех сферах для улучшения свойств материала. «Хайтек» разбирается, как графен захватывает нашу жизнь и изменит будущее.
Графен используют в электронике, для очистки воды, в медицине и даже при производстве солнечных панелей.
Что такое графен и какие у него свойства?
Графен — это вещество из чистого углерода, которое сделано в форме листов, толщина которых составляет один атом. Прочность графена в 200 выше, чем у стали, а еще он гибкий, как резина. Кроме этого, он эффективно проводит электричество и тепло.
Графен — это не природное вещество. Физики теоретически описывали его свойства еще в 1960-х годах, но впервые его получили только в 2004 году. На момент создания графена, методы его производства были очень дорогими, но исследователям удается снизить затраты. Поэтому графен собираются использовать в большом количестве сфер: в медицине, электронике для производства вычислительной техники и другого.
Двойная связь между атомами углерода в сочетании с тонкой атомной толщиной объясняют особые свойства графена. Считается, что его способность эффективно проводить электричество и тепло появилась благодаря малым и прочным углеродным связям.
В чем преимущество графена?
Графен можно использовать как сырье для производства широкого спектра товаров. Основные преимущества материала заключаются в том, что у него высокая проводимость — в 200 раз больше, чем у кремния, также он эффективно проводит тепло и достаточно тонкий, чтобы считаться двумерным материалом.
Графен прозрачный, прочный, легкий, гибкий, а еще сохраняет при этом проводимость.
Графен опасен для здоровья?
Это зависит от способа его производства. Сегодня в биоэлектронике применяют графен высокого качества, который получили при помощи химического осаждения из газовой фазы. В таком случае материал не может быть токсичным, так как он не взаимодействует с клетками.
Также исследователи провели работу, в которой вырастили клетки на графене и на обычном стекле. Оказалось, что они гораздо активнее росли на графене, благодаря его биосовместимости.
Где уже используют графен?
Графен активно используют в электронике. Физики из MIT создали сверхпроводник на основе графена, который работает даже в сильных магнитных полях. Это открытие собираются применить для создания сверхмощных систем МРТ и квантовых компьютеров, идеально защищенных от помех.
Еще графен можно использовать вместо индия, редкого элемента, который применяют в сенсорных устройствах. Исследователи создали OLED-устройство из графена и убедились, что оно работает так же эффективно, как и аналоги, сделанные с оксидом индия-олова.
Исследователи из MIT сделали из белого графена сверхтонкий материал, чтобы оптимально хранить память. Разработчики отмечают, что устройство стабильно работает даже спустя время. Отмечается, что толщина материала составляет несколько нанометров.
Команда ученых из США создала аппаратное устройство безопасности из графена. Разработчики отмечают, что благодаря физическим и электрическим свойствам графена устройство стало более энергоэффективным и защищенным от атак ИИ.
Где мы будем использовать графен в будущем?
- Медицина
В главке про токсичность мы уже упомянули, что графен биосовместим, поэтому одно из потенциальных направлений его использования — медицина. Исследователи заявляют, что графен поможет проводить диагностику и лечить рак. Планируется создать чип с графеном, чтобы он придал устройствам повышенную чувствительность.
Пока что нельзя сказать точно, когда графеновую биоэлектронику станут применять массово. Исследователи уже проводят испытания нейродевайсов, биосенсоров и других проектов в лабораториях.
- Солнечные панели
Еще одно перспективное направление для использования графена — получение зеленой энергии. Например, международная группа ученых ведет разработки гибридных двумерных структур с графеном и квантовыми точками. Они хотят создать структуру с контролируемыми оптическими и фотоэлектрическими свойствами. Ее планируют использовать для солнечных батарей. Инженеры хотят получить устройство, которое будет работать эффективнее аналогов.
- Опреснение воды
Другие исследователи из MIT показали, что пену из оксида графена можно использовать, чтобы фильтровать уран в питьевой воде. В результате отфильтрованная воды прошла стандарты EPA. Фильтрация длилась несколько часов. Отмечается, что пену можно использовать повторно.
- Умная одежда
Ученые из США сделали одежду из оксида графена: она может защитить владельца от насекомых. По словам исследователей, комары не могут ужалить через полученный материал. Дело в том, что хоботок насекомых не может пройти даже через самый тонкий слой графена, а также материал не передает химические сигналы, по которым комары определяют жертву.
Пока что производство графена — это все еще дорогой процесс, а сложные электронные устройства с добавлением этого материала делают вручную. Также его производство пока не налажено, поэтому графен точечно применяют в разных сферах.
Читать далее:
Куртка, которой не страшен апокалипсис: для ее создания использовались технологии НАСА и ВВС
Найден искусственный остров, которому 1 200 лет: считалось, что он образовался естественным путем
Собаки узнают хозяев на расстоянии, не используя обоняние и зрение