Graphene u l-applikazzjoni tagħha. L-iskoperta ta 'graphene. In-nanoteknoloġija fid-dinja moderna

Relattivament reċentement fix-Xjenza u t-Teknoloġija huwa qasam ġdid, imsejħa nanoteknoloġija. Prospetti għal din id-dixxiplina mhux biss vasta. Dawn huma ambizzjużi. Il partiċella, imsejħa "nano" huwa valur ugwali għal biljuneżmu ta 'frazzjoni ta' kwalunkwe valur. Dawn il-qisien jistgħu jitqabblu biss mad-daqs ta 'atomi u molekoli. Per eżempju, nanometru huwa msejjaħ l-one-biljuneżmu ta 'meter.

Id-direzzjoni prinċipali tal-qasam ġdid tax-xjenza

In-nanoteknoloġija imsejħa dawk li jimmanipulaw l-kwistjoni fuq il-livell ta 'molekoli u atomi. Għalhekk, dan il-qasam tax-xjenza huwa wkoll imsejjaħ teknoloġija molekulari. Liema kienet l-impetu għall-iżvilupp tagħha? In-nanoteknoloġija fid-dinja moderna dehru grazzi għall-lekċers Richarda Feynmana. Fiha l-xjenzat uriet li m'hemm l-ebda ostaklu għall-ħolqien ta 'affarijiet direttament mill-atomi.

Mezzi għall-manipulazzjoni effettiva ta 'partiċelli żgħar imsejħa muntatur. Dan nanomachine molekulari, li jistgħu jintużaw biex jinbnew kwalunkwe struttura. Per eżempju, il-muntatur jistgħu jissejħu ribosoma naturali sintesi ta 'proteini fl-organiżmi ħajjin.

In-nanoteknoloġija fid-dinja moderna huma mhux biss żona unika ta 'kompetenza. Huma jirrappreżentaw firxa wiesgħa ta 'riċerka relatata direttament mal xjenzi fundamentali ħafna. Fost dawn huma fiżika, kimika u l-bijoloġija. Skond ix-xjentisti, dawn xjenzi se jkollhom l-impetu aktar qawwi għall-iżvilupp fl-isfond tar-rivoluzzjoni Nanotech ġejjin.

isfera ta 'applikazzjoni

Lista l-isferi ta 'attività umana, fejn nanoteknoloġija huwa użat illum, huwa impossibbli minħabba l-lista impressjonanti ħafna. Allura, bl-għajnuna ta 'dan il-qasam tax-xjenza huma prodotti:

- mezzi għar-reġistrazzjoni superdense kwalunkwe informazzjoni;
- tagħmir differenti;
- sensuri, ċelloli solari, transisters semikondutturi;
- informazzjoni, l-informatika u t-teknoloġija tal-informazzjoni;
- nanoimprint u nanolithography;
- tagħmir għall-ħażna ta 'enerġija, u ċelloli tal-fjuwil;
- applikazzjonijiet difiża, l-ispazju u l-avjazzjoni;
- bioinstrumentary.

Fuq dan il-qasam xjentifiku tan-nanoteknoloġija fir-Russja, USA, Ġappun u f'diversi pajjiżi Ewropej b'aktar finanzjament huwa allokat kull sena. Dan huwa dovut għall-prospetti kbira għall-iżvilupp ta 'dan l-isfera ta' riċerka.

In-nanoteknoloġija qed tiżviluppa fir-Russja skond il-programm mira federali, li jipprovdi spejjeż finanzjarji mhux biss kbira, imma wkoll jġorru ammont kbir ta 'xogħlijiet ta' disinn u ta 'riċerka. Biex jinkisbu l-għanijiet ser jgħaqqdu l-isforzi ta 'sistemi xjentifiċi u teknoloġiċi varji fil-livell ta' korporazzjonijiet nazzjonali u multinazzjonali.

materjal il-ġdid

In-nanoteknoloġija ppermettew xjentisti li jipproduċu pjanċa tal-karbonju aktar diffiċli milli djamant tagħhom ħxuna hija biss waħda atomu. Din tikkonsisti minn graphene. Huwa l-materjal irqaq u aktar b'saħħithom fl-univers, li jittrasmetti l-elettriku ħafna aħjar minn ċipep tal-kompjuter tas-silikon.

L-iskoperta ta graphene huwa avveniment rivoluzzjonarju reali, li ser jippermetti bidla ħafna fil-ħajja tagħna. Dan il-materjal huwa proprjetajiet fiżiċi tant uniċi li fundamentalment bidliet n-natura umana ta 'affarijiet u sustanzi.

Storja ta 'skoperta

Graphene hija kristall żewġ dimensjonijiet. L-istruttura tiegħu hija kannizzata eżagonali li jikkonsisti atomi tal-karbonju. studji teoretiċi ta graphene beda twil qabel ma jkollna disinji reali tiegħu, peress li dan il-materjal huwa l-bażi għall-kostruzzjoni kristall grafita tridimensjonali.

Anke fl-1947 G. P. Volles huwa għandu xi proprjetajiet ta 'graphene, li jipprova li l-istruttura tiegħu hija metalli simili, u xi karatteristiċi simili għal dawk tal-ultra-relativistic partiċelli, neutrinos u photons massless. Madankollu, il-materjal il-ġdid hemm ċerti differenzi sinifikanti li jagħmlu uniku fin-natura tagħha. Iżda konferma ta 'dawn is-sejbiet inkiseb biss fl-2004, meta Konstantin Novoselov u Andrey GEIM kienet l-ewwel miksuba mill-karbonju fl-istat liberu. Din is-sustanza ġdida huwa msejjaħ graphene, u kien ftit xjentisti iskoperta maġġuri. Sib din il-partita tista 'tkun bil-lapes. virga grafita tiegħu huwa magħmul minn saffi multipli ta 'graphene. Kif ma lapes tħalli marka fuq il-karta? Il-fatt hu li, minkejja l-qawwa tal-komponenti ewlenin tal-saffi, hemm rabta dgħajfa ħafna bejniethom. Dawn huma faċli ħafna li jaqgħu f'kuntatt mal-karta, li jħallu traċċa bil-miktub.

Uża l-materjal il-ġdid

Skond ix-xjentisti, l-sensuri li huma bbażati fuq graphene, tkun tista 'tanalizza l-qawwa u l-kundizzjoni tal-ajruplan, kif ukoll li wieħed ibassar terremoti. Iżda biss meta l-materjal ma 'tali proprjetajiet se jħallu laboratorji ħajt isturdament saret ċara applikazzjoni prattika se tiżviluppa fid-direzzjoni tas-sustanza. Fil-preżent jum, spiżjara, fiżiċi u inġiniera elettriku huma diġà interessati fil-kapaċitajiet uniċi ta 'graphene. Wara biss ftit grammi tas-sustanza jistgħu jiġu koperti territorju, ugwali għal qasam tal-futbol.

Graphene u l-applikazzjoni tagħha potenzjalment kkunsidrata fil-produzzjoni satelliti u ajruplani ħfief. F'dan il-qasam, il-materjal il-ġdid tista 'tissostitwixxi l- fibri tal-karbonju fil- materjali komposti. In-nanomaterjali jistgħu jintużaw minflok ta 'transistors silikon u l-implimentazzjoni tagħha fil-plastik tagħtiha konduttività elettrika.

Graphene u l-użu tagħha huma kkunsidrati fil-manifattura kwistjonijiet sensorju. Dawn il-mezzi huma ffurmati fuq il-bażi tal-materjal aħħar se jkunu kapaċi li jikxfu l-molekula aktar perikolużi. Iżda l-użu ta 'Nano-trabijiet fil-produzzjoni ta' batteriji elettriċi f'ħinijiet li tiżdied l-effettività tagħhom.

Graphene u l-applikazzjoni tagħha huma diskussi opto-elettronika. Tal-materjal il-ġdid se jispiċċaw plastik ħfief ħafna u durabbli li minnhom il-kontenituri se jippermetti għal ftit ġimgħat biex iżommu frisk ikel.

L-użu ta graphene u huwa mistenni għall-manifattura kisi konduttiv trasparenti meħtieġ għal monitors, pannelli solari u aktar b'saħħitha u aktar reżistenti għall-effetti mekkaniċi ta 'turbini tar-riħ.

nanomaterjali bbażata se jkollhom aħjar tagħmir sportiv, impjanti mediċi u supercapacitors.

Ukoll, graphene u l-applikazzjoni tagħha relevanti ma ':

- apparat elettroniku ta 'frekwenza għolja ta' enerġija għolja;
- membrana artifiċjali tissepara żewġ likwidu fit-tank;
- it-titjib tal-proprjetajiet konduttività ta 'materjali varji;
- ħolqien ta 'wiri fuq il-organic light emitting diode;
- aċċellerat l-iżvilupp ta 'tekniki ġodda ta' sekwenzar tad-DNA;
- it-titjib ta 'skrins tal-kristalli likwidi;
- transisters ballistiċi.

L-użu fl-industrija awtomobilistika

Skond l-riċerkaturi, l-enerġija specifici l grafen 65 kWh / kg. Din il-figura hija 47 darbiet ogħla minn dik li huma tant komuni llum batteriji jone tal-litju. Dan il-fatt, ix-xjentisti użaw biex joħolqu ġenerazzjoni ġdida ta 'ċarġers ta' batteriji.

batterija polimeru Graphene - il-mezz li permezz tiegħu il-qawwa elettrika massima miżmuma b'mod effiċjenti. Bħalissa, ix-xogħol fuq din issir minn riċerkaturi f'ħafna pajjiżi. Progress sinifikanti miksub xjentisti Spanjol f'din il-kwistjoni. batterija Graphene-polimeru, huma maħluqa għandha konsum ta 'enerġija, mijiet ta' drabi akbar minn ċifra simili għall-batteriji eżistenti. Jużawha biex jattrezza l-vetturi elettriċi. Il-magna, li hija installata batterija graphene, jistgħu jivvjaġġaw mingħajr waqfien eluf ta 'kilometri. Recharge-sors ta 'enerġija elettrika meta eżawriment se jkollhom bżonn aktar minn 8 minuti.

touchscreens

Xjentisti tkompli tesplora graphene, ħolqien ta 'affarijiet ġodda u ewlieni. Għalhekk, il-nanomaterjali karbonju sabet applikazzjoni tagħha fil-produzzjoni li tipproduċi touch screens bl-iskrin wiesa '. It-terminu jista 'jidher u tagħmir flessibbli ta' dan it-tip.

Xjentisti ltqajna folja graphene huwa fil-forma rettangolari u huwa mdawwar fi elettrodu trasparenti. Huwa wkoll ħa sehem fil-ħidma tal-touch screen, li naqqas ħafna l-durabilità, it-trasparenza, il-flessibilità, kompatibbiltà ambjentali u bi prezz baxx.

kisba graphene

Mill-2004, meta kien fetaħ il-nanomaterjali ġodda, xjentisti mhaddma numru ta 'metodi għall-preparazzjoni tagħha. Madankollu, l-aktar bażika ta 'dawn il-modi huma kkunsidrati:

- tqaxxir mekkanika;
- tkabbir epitassjali f'vakwu;
- tkessiħ perofaznogo kimika (-proċess CVD).

L-ewwel minn dawn it-tliet metodi hija l-aktar sempliċi. produzzjoni graphene ma tqaxxir mekkaniku hija applikazzjoni speċjali ta 'grafita għall-wiċċ li jwaħħal ta' tejp li jwaħħal. Wara din il-fondazzjoni, bħal folja tal-karta, tibda liwja u unbend, separazzjoni tal-materjal mixtieq. Meta jiġi applikat dan graphene metodu tinkiseb l-ogħla kwalità. Madankollu, azzjonijiet bħal dawn mhumiex adattati għall-produzzjoni tal-massa ta 'nanomaterjali.

Meta jintuża l-metodu ta 'tkabbir epitassjali ta' wejfers tas-silikon irqiq huma użati, il-saff tal-wiċċ li huwa l-karbur tas-silikon. Barra minn hekk, dan il-materjal huwa msaħħan f'temperatura għolja ħafna (1000 K). Bħala riżultat ta 'reazzjonijiet kimiċi tkun mifruda mill-atomi tas-silikon ta' atomi tal-karbonju, l-ewwel wieħed minnhom jevaporizzaw. Bħala riżultat, ir-rekord jibqa graphene pur. L-iżvantaġġ ta 'dan il-metodu huwa l-ħtieġa li jintużaw temperaturi għoljin ħafna, li jistgħu jseħħu matul il-kombustjoni ta' atomi tal-karbonju.

L-aktar metodu affidabbli u sempliċi tintuża għall-produzzjoni tal-massa ta graphene, minn CVD-proċess. Dan huwa metodu fejn il-reazzjoni kimika bejn il-katalist u idrokarburi gassijiet miksija tal-metall.

Li tipproduċi graphene?

Sal-lum, l-akbar kumpanija, tipproduċi nanomaterjal ġdid jinsab fiċ-Ċina. L-isem tal-manifattur - Ningbo Morsh Teknoloġija. produzzjoni graphene meta bdew fl-2012.

Il-konsumatur ewlieni tan-nanomaterjal hija kumpannija Chongqing Morsh Teknoloġija. Graphene jużawha għall-produzzjoni ta 'films trasparenti konduttivi, li huma mdaħħla fil-touchscreen display.

Relattivament reċentement, kumpannija magħrufa sew Nokia ħarġet privattiva fuq il-sensorju immaġini. Bħala parti minn dan tant meħtieġ huwa ftit saffi ta 'element graphene istrument ottiċi. Tali materjal użat fil-sensors ta 'kameras iżid ħafna sensittività tagħhom (sa 1000 darba). Fl-istess ħin osservat tnaqqis fil-konsum tal-elettriku. kamera tajba għall-smartphone se jkun fih ukoll graphene.

Preparazzjoni ta 'ambjent domestiku,

Huwa possibbli li tipproduċi graphene fid-dar? Jirriżulta, iva! Inti biss bżonn tieħu kapaċità blender kċina ta 'mhux inqas minn 400 W, u segwi l-metodu żviluppat mill-fiżiċi Irlandiżi.

Kif ma jipproduċu graphene fid-dar? Għal dan il-għan l-tazza blender kien jitferra 500 ml ta 'ilma billi żżid 10-25 ml ta' kull deterġent likwidu u 20-50 gramma ta 'lavanja imfarrak. Aktar il-mezz għandha titmexxa minn 10 minuta sa nofs siegħa, sakemm jidher slurry ta-frak grafen. -Materjal li jirriżulta jkollha konduttività għolja li tippermetti l-użu tagħha fil-elettrodi ta 'ċelluli solari. Graphene wkoll jistgħu jtejbu l-proprjetajiet ta 'plastik prodotti fl-ambjent domestiku.

nanomaterjal ossidu

Xjentisti attivament riċerka u l-istruttura graphene tali li ġewwa jew fuq it-truf tal-malji karbonju huwa mehmuż jew gruppi funzjonali li fihom l-ossiġnu (i) tal-molekula. Dan solidu Nano-ossidu tagħhom huwa l-ewwel istampi żewġ dimensjonijiet, li jkunu laħqu l-istadju tal-produzzjoni kummerċjali. Mill nano- u microparticles ta din l-istruttura xjentisti ċentimetru kampjuni prodotta.

Għalhekk, il-ossidu graphene flimkien ma diofilizirovannym karbonju nkisbet reċentement minn xjentisti Ċiniżi. Dan huwa materjal ħafif ħafna kubu ċentimetru li huwa miżmum fuq il-petali ta 'fjura żgħira. Iżda din is-sustanza ġdida, li fiha l-ossidu graphene hija waħda mill-aktar solida fid-dinja.

applikazzjonijiet biomediċi

ossidu Graphene għandu propjetà unika ta 'selettività. Dan se jippermetti s-sustanza li tinstab applikazzjoni bijomedika. Allura, grazzi għall-ħidma ta 'xjenzjati kienx possibbli li tuża ossidu graphene għad-dijanjosi ta' kanċer. Tinduna kanċer fi stadju bikri tal-iżvilupp tagħha jippermettu proprjetajiet ottiċi u elettriċi uniċi tal-nanomaterjali.

Wkoll ossidu graphene tippermetti kunsinna immirat tal drogi u dijanjostiċi. Abbażi ta 'dan il-materjal huma biosensuri sorption, li tipponta lejn il-molekula tad-DNA.

applikazzjonijiet industrijali

sorbents varji bbażati fuq il-ossidu graphene tista 'tiġi applikata għall-oġġetti naturali u magħmula mill-bniedem infettati dezaktsivatsii. Tnaqqis tan-nanomaterjali attiva jistgħu jipproċessaw taħt l-art u l-ilma tal-wiċċ, il-ħamrija u clearing minnhom mill-radjonuklida.

Filtri minn ossidu graphene jistgħu jipprovdu postijiet superchistotoy, li tipproduċi komponenti elettroniċi għal applikazzjonijiet speċjali. Il-proprjetajiet uniċi ta 'dan il-materjal se jippenetraw fis-teknoloġija multa isfera kimika. B'mod partikolari, dan jista 'jkun l-estrazzjoni ta' metalli mferrxa u rari radjuattivi. Għalhekk, l-użu ta 'ossidu graphene tippermetti li estratt deheb minn minerali ta' grad baxx.