Grafeno e sua aplicação. A descoberta de grafeno. Nanotecnologia no mundo moderno

Há relativamente pouco tempo em Ciência e Tecnologia é uma nova área, chamada nanotecnologia. Perspectivas para esta disciplina não é apenas grande. Eles são ambiciosos. A partícula, referido como "nano" é um valor igual a um bilionésimo de uma fracção de qualquer valor. Estes tamanhos só pode ser comparado com o tamanho de átomos e moléculas. Por exemplo, um nanômetro é chamado de um bilionésimo de um metro.

A direção principal do novo campo da ciência

Nanotecnologia chamado aqueles que manipular o assunto sobre o nível de moléculas e átomos. Portanto, esta área da ciência é também chamado de tecnologia molecular. Qual foi o impulso para o seu desenvolvimento? Nanotecnologia no mundo moderno têm aparecido graças às palestras Richarda Feynmana. Nele, o cientista provou que não existem obstáculos à criação de coisas diretamente dos átomos.

Meios para a manipulação efectiva de partículas minúsculas chamadas montador. Este nanomachine molecular, que pode ser usado para construir qualquer estrutura. Por exemplo, o montador pode ser chamado ribossomo naturais sintetizar uma proteína em organismos vivos.

Nanotecnologia no mundo moderno não são apenas uma única área de especialização. Eles representam uma ampla gama de pesquisas diretamente relacionadas com muitas ciências fundamentais. Entre eles estão física, química e biologia. Segundo os cientistas, estas ciências terá o mais poderoso impulso para o desenvolvimento no contexto da revolução nanotecnológica vinda.

esfera de aplicação

Liste todas as esferas da atividade humana, em que a nanotecnologia é usada hoje, é impossível por causa da lista muito impressionante. Assim, com a ajuda deste campo da ciência são produzidos:

– dispositivos para gravação superdensa qualquer informação;
– vários equipamentos;
– sensores, células solares, transístores semicondutores;
– informação, computação e tecnologia da informação;
– nanoimpressão e nanolithography;
– dispositivos para armazenamento de energia, e as células de combustível;
– aplicações de defesa, espaço e aviação;
– bioinstrumentary.

Nesta área científica da nanotecnologia na Rússia, EUA, Japão e vários países europeus com mais financiamento é alocado a cada ano. Isto é devido às vastas perspectivas para o desenvolvimento deste sector da investigação.

A nanotecnologia está a desenvolver na Rússia de acordo com o programa de metas Federal, que fornece não só grandes custos financeiros, mas também carregando uma grande quantidade de design e trabalhos de pesquisa. Para atingir as metas vão unir os esforços de vários sistemas científicos e tecnológicos ao nível das empresas nacionais e multinacionais.

novo material

Nanotecnologia, permitiram aos cientistas para produzir uma placa de carbono mais duro do que o diamante, cuja espessura é apenas um átomo de. Ele consiste de grafeno. É o material mais fino e mais forte no universo, que transmite eletricidade muito melhor do que chips de computador silício.

A descoberta do grafeno é um evento revolucionário real, o que permitirá que muitas mudanças em nossas vidas. Este material é propriedades físicas tão único que muda fundamentalmente a natureza humana das coisas e substâncias.

História da descoberta

Grafeno é um cristal bidimensional. A sua estrutura é uma rede hexagonal que consiste em átomos de carbono. Estudos teóricos de grafeno começou muito antes de começar seus projetos reais, uma vez que este material é a base para a construção de um cristal de grafite tridimensional.

Mesmo em 1947 G. P. Volles ele possui algumas propriedades de grafeno, provando que a sua estrutura é metais semelhantes, e algumas das características semelhantes às das partículas ultra-relativista, neutrinos e fótons sem massa. No entanto, o novo material existem algumas diferenças significativas que o tornam único em sua natureza. Mas a confirmação destes resultados foi obtida apenas em 2004, quando Konstantin Novoselov e Andrey Geim foi obtida pela primeira vez pelo carbono no estado livre. Esta nova substância é chamado grafeno, e foi um dos principais cientistas de descoberta. Ver este item pode ser a lápis. A sua haste de grafite é composta de várias camadas de grafeno. Como é que um lápis deixa uma marca no papel? O fato é que, apesar da força dos componentes do núcleo das camadas, há uma ligação muito fraca entre eles. Eles são muito fácil cair em contato com o papel, deixando um rastro por escrito.

Usando o novo material

Segundo os cientistas, os sensores que são baseados em grafeno, ser capaz de analisar a força ea condição da aeronave, bem como para prever terremotos. Mas só quando o material com tais propriedades vai deixar laboratórios de parede impressionantes tornam-se claras aplicação prática irá desenvolver na direção da substância. No presente dia, químicos, físicos e engenheiros elétricos já estão interessados nas capacidades únicas de grafeno. Depois de apenas alguns gramas da substância pode ser coberto território, igual a um campo de futebol.

Grafeno e sua aplicação potencialmente considerado na produção de satélites leves e aeronaves. Nesta área, o novo material pode substituir as fibras de carbono nos materiais compósitos. Os nanomateriais podem ser utilizados em vez de transistores de silício e à sua aplicação em plástico dão a condutividade eléctrica.

Grafeno e seu uso são considerados na fabricação de sensor de assuntos. Esses dispositivos são formados na base do mais recente material será capaz de detectar a molécula mais perigoso. Mas o uso de nano-pós na produção de baterias elétricas, por vezes, para aumentar a sua eficácia.

Grafeno e sua aplicação são discutidos em optoeletrônica. Do novo material vai sair plástico muito leve e durável a partir do qual os recipientes permitirá algumas semanas para manter os alimentos frescos.

É esperado que o uso de grafeno e para a fabricação de um revestimento condutor transparente, necessária para monitores, painéis solares e uma mais forte e mais resistente aos efeitos mecânicos de turbinas eólicas.

nanomaterial com base terá uma melhor equipamento desportivo, implantes médicos e supercapacitores.

Além disso, o grafeno e sua aplicação relevantes para:

– dispositivos electrónicos de alta potência de alta frequência;
– membrana artificial que separa duas líquido no tanque;
– melhoria das propriedades de condutividade de diversos materiais;
– a criação de um visor na orgânico emissor de luz de diodo;
– acelerou o desenvolvimento de novas técnicas de sequenciamento de DNA;
– melhoria das telas de cristal líquido;
– transistores balísticos.

O uso na indústria automotiva

Segundo os pesquisadores, a energia específica aproxima do grafeno 65 kWh / kg. Este valor é 47 vezes mais elevado do que aquele que são tão comuns hoje em dia baterias de lítio. Este fato, os cientistas têm usado para criar uma nova geração de carregadores de bateria.

bateria de polímero grafeno – o dispositivo por meio do qual a energia eléctrica máxima eficiência retida. Atualmente, o trabalho sobre ele é realizado por pesquisadores em muitos países. progressos significativos alcançados cientistas espanhóis nesta matéria. bateria de grafeno-polímero, eles criaram tem consumo de energia, centenas de vezes maior do que uma figura semelhante para baterias existentes. Eles usá-lo para equipar os veículos elétricos. A máquina, que está instalado bateria grafeno, pode viajar sem parar milhares de quilômetros. Para recarregar a fonte de energia elétrica quando a exaustão não vão precisar de mais de 8 minutos.

touchscreens

Os cientistas continuam a explorar o grafeno, criando um novo e inigualáveis coisas. Assim, o nano-material de carbono foi encontrado a sua aplicação na produção que produz ecrãs tácteis com écran largo. O termo pode aparecer e dispositivo flexível deste tipo.

Os cientistas tem uma folha de grafeno é de forma rectangular e transformou-o num eléctrodo transparente. Ele também participou no trabalho da tela de toque, reduzindo a durabilidade, transparência, flexibilidade, respeito pelo ambiente e de baixo custo.

obtenção de grafeno

Desde 2004, quando foi inaugurado o mais novo nanomateriais, os cientistas têm dominado uma série de métodos para a sua preparação. No entanto, o mais básico destas formas são consideradas:

– esfoliação mecânica;
– crescimento epitaxial em vácuo;
– arrefecimento perofaznogo química (-processo CVD).

O primeiro desses três métodos é o mais simples. produção grafeno com esfoliação mecânica é uma aplicação especial de grafite à superfície adesiva da fita adesiva. Após este fundamento, como uma folha de papel, começam a dobrar e unbend, separando o material desejado. Ao aplicar este método grafeno obter a mais alta qualidade. No entanto, tais ações não são adequados para a produção em massa de nanomateriais.

Quando se utiliza o método de crescimento epitaxial de bolachas de silício finas são utilizadas, a camada superficial que é de carboneto de silício. Além disso, este material é aquecido a uma temperatura muito elevada (1000 K). Como resultado das reacções químicas é separado a partir dos átomos de silício de átomos de carbono, o primeiro dos quais se vaporizam. Como resultado, o registro permanece pura de grafeno. A desvantagem deste método é a necessidade de utilização de temperaturas muito elevadas, que podem ocorrer durante a combustão de átomos de carbono.

O método mais fiável e simples usado para a produção em massa de grafeno, um processo de CVD. É um método no qual a reacção química entre o catalisador e os gases de hidrocarbonetos revestidos por metal.

Que produz grafeno?

Até à data, a maior empresa, produz um novo nanomaterial está localizada na China. O nome do fabricante – Ningbo Morsh Technology. produção de grafeno que começou em 2012.

O principal consumidor do nanomaterial é uma empresa Chongqing Morsh Technology. Grafeno usá-lo para a produção de películas transparentes condutoras, que são inseridos no ecrã táctil.

Há relativamente pouco tempo, uma empresa bem conhecida Nokia emitiu uma patente sobre o sensor de imagem. Como parte deste muito necessária é algumas camadas de grafeno elemento instrumento óptico. Um tal material utilizado nos sensores de câmaras aumenta grandemente a sua sensibilidade (até 1000 vezes). Ao mesmo tempo, observou redução no consumo de electricidade. Boa câmera para o smartphone também conterá grafeno.

Preparação de um ambiente doméstico,

É possível produzir grafeno em casa? Acontece, sim! Você só precisa ter uma capacidade de liquidificador de cozinha não inferior a 400 W, e seguir o método desenvolvido pelos físicos irlandeses.

Como produzir grafeno em casa? Para este efeito, o copo de misturador foi derramada 500 ml de água por adição de 10-25 ml de qualquer detergente líquido e 20-50 gramas de ardósia triturada. Além disso, o dispositivo deve ser executado a partir de 10 minutos a meia hora, até o aparecimento de uma pasta de flocos de grafeno. O material resultante terá uma alta condutividade que iria permitir a sua utilização nos eléctrodos de células solares. Grafeno também pode melhorar as propriedades do plástico produzido no ambiente doméstico.

nanomaterial óxido de

Os cientistas pesquisar activamente e estrutura grafeno de tal modo que no interior ou sobre as bordas da malha de carbono está ligado ou grupos funcionais contendo oxigénio (s) da molécula. Este Nano-óxido sólido de que é as primeiras imagens bidimensionais, que tenham atingido a fase de produção comercial. De nano- e micropartulas de esta estrutura cientistas centímetro amostras produzidas.

Assim, o óxido de grafeno em combinação com diofilizirovannym carbono foi recentemente obtido por cientistas chineses. Este é um cubo centímetro material muito leve, que é realizada nas pétalas de uma flor pequena. Mas essa nova substância, em que o óxido de grafeno é um dos mais sólidos do mundo.

aplicações biomédicas

óxido de grafeno tem uma propriedade única de selectividade. Isso permitirá que a substância para encontrar uma aplicação biomédica. Assim, graças ao trabalho de cientistas foi possível utilizar óxido de grafeno para o diagnóstico de câncer. Detectar o cancro numa fase precoce do seu desenvolvimento permitir únicas propriedades ópticas e eléctricas do nano-material.

Também óxido de grafeno permite a entrega direccionada de fármacos e diagnósticos. Com base neste material são biossensores de sorção, apontando para a molécula de ADN.

aplicações industriais

Vários sorventes baseados no óxido de grafeno pode ser aplicada aos objectos naturais ou provocadas pelo homem dezaktsivatsii infectados. Um corte de nanomaterial activo pode processar águas subterrâneas e superficiais, do solo e limpá-los a partir do radionuclídeo.

Filtros de óxido de grafeno pode proporcionar instalações superchistotoy, que produz componentes electrónicos para aplicações especiais. As propriedades únicas deste material irá penetrar sphere tecnologia de química fina. Em particular, esta pode ser a extracção de metais dispersos e raras radioactivas. Assim, o uso de óxido de grafeno permite extrair ouro de minérios de baixo grau.