El grafè i la seva aplicació. El descobriment de grafè. La nanotecnologia en el món modern

Fa relativament poc en ciència i tecnologia és una àrea nova, anomenada nanotecnologia. Les perspectives d'aquesta disciplina no només és gran. Són ambiciosos. La partícula, es fa referència com a "nano" és un valor igual a-una mil milionèsima part d'una fracció de qualsevol valor. Aquests mides solament poden ser comparats amb la mida dels àtoms i molècules. Per exemple, un nanòmetre és cridada la-una mil milionèsima part d'un metre.

La direcció principal del nou camp de la ciència

La nanotecnologia crida els que manipulen la matèria en el nivell de molècules i àtoms. Per tant, aquesta àrea de la ciència també es diu tecnologia molecular. Quin va ser l'impuls per al seu desenvolupament? La nanotecnologia en el món modern han aparegut gràcies a les conferències Richarda Feynmana. En ell, el científic ha demostrat que no hi ha obstacles per a la creació de les coses directament dels àtoms.

Els mitjans per a la manipulació eficaç de petites partícules anomenades assemblador. Aquest nanomachine molecular, que es pot utilitzar per construir qualsevol estructura. Per exemple, l'assemblador pot ser anomenat ribosoma natural de la síntesi d'una proteïna en els organismes vius.

La nanotecnologia en el món modern no són només una única àrea d'especialització. Representen un ampli abast de la investigació directament relacionada amb moltes ciències fonamentals. Entre ells es troben la física, la química i la biologia. Segons els científics, aquestes ciències tindran l'impuls més poderós per al desenvolupament en el context de la revolució nanotecnològica que ve.

àmbit d'aplicació

Llista de totes les esferes de l'activitat humana, on s'utilitza la nanotecnologia avui dia, és impossible a causa de la impressionant llista. Així, amb l'ajuda d'aquest camp de la ciència es produeixen:

- dispositius per a la gravació superdensa cap informació;
- diversos equips;
- sensors, cèl·lules solars, transistors semiconductors;
- informació, la informàtica i la tecnologia de la informació;
- nanoimpressió i nanolitografía;
- dispositius per a l'emmagatzematge d'energia, i les cèl·lules de combustible;
- la defensa, espacial i aeronàutica aplicacions;
- bioinstrumentary.

En aquest camp científic de la nanotecnologia a Rússia, EUA, Japó i diversos països europeus amb més fons s'assigna cada any. Això és a causa de les àmplies perspectives per al desenvolupament d'aquest àmbit de la investigació.

La nanotecnologia s'està desenvolupant a Rússia d'acord amb el programa federal, que ofereix no només grans costos financers, sinó també portar a una gran quantitat de treballs de recerca i disseny. Per aconseguir els objectius que van a unir els esforços de diversos sistemes científics i tecnològics en l'àmbit de les empreses nacionals i multinacionals.

nou material

La nanotecnologia han permès als científics per produir una placa de carboni dur que el diamant el gruix és només un àtom. Es compon de grafè. És el material més prim i més fort en l'univers, que transmet l'electricitat molt millor que els xips d'ordinador de silici.

El descobriment del grafè és un esdeveniment revolucionari real, el que permetrà un gran canvi en les nostres vides. Aquest material és propietats físiques tan únic que canvia fonamentalment la naturalesa humana de coses i substàncies.

Història del descobriment

El grafè és un vidre de dues dimensions. La seva estructura és una xarxa hexagonal que consisteix en àtoms de carboni. Els estudis teòrics de grafè es van iniciar molt abans d'aconseguir els seus dissenys reals, ja que aquest material és la base per a la construcció d'un vidre de grafit en tres dimensions.

Fins i tot en 1947 G. P. Volles que té algunes propietats de grafè, demostrant que la seva estructura és metalls similars, i algunes característiques similars a les de les partícules ultra-relativista, neutrins i fotons sense massa. No obstant això, el nou material hi ha certes diferències importants que la fan única en la seva naturalesa. Però la confirmació d'aquests resultats es va obtenir només el 2004, quan Konstantin Novoselov i Andre Geim es va obtenir per primera vegada pel carboni en estat lliure. Aquesta nova substància es diu grafè, i era un dels principals científics de descobriment. Troba aquest article pot estar en llapis. La seva vareta de grafit està compost de múltiples capes de grafè. Com funciona un llapis deixa una marca en el paper? El fet és que, tot i la força dels components bàsics de les capes, hi ha un enllaç molt feble entre ells. Són molt fàcil caure en contacte amb el paper, deixant un rastre escrit.

Usant el nou material

Segons els científics, els sensors que estan basats en el grafè, siguin capaços d'analitzar la força i la condició de l'aeronau, així com per predir terratrèmols. Però només quan el material amb tals propietats deixarà impressionants laboratoris de paret s'aclareixen aplicació pràctica es desenvoluparà a la direcció de la substància. En el present dia, químics, físics i enginyers elèctrics ja estan interessats en les capacitats úniques del grafè. Després d'uns pocs grams de la substància poden ser coberts territori, igual a un camp de futbol.

El grafè i la seva aplicació potencialment considerats en la producció de satèl·lits i avions lleugers. En aquesta zona, el nou material pot substituir les fibres de carboni en els materials compostos. Els nanomaterials es poden utilitzar en lloc dels transistors de silici i la seva aplicació en plàstic donen conductivitat elèctrica.

El grafè i el seu ús es consideren en la fabricació del sensor assumptes. Aquests dispositius es formen sobre la base de l'últim material serà capaç de detectar la molècula més perillós. No obstant això, l'ús de nano-pols en la producció de bateries elèctriques en ocasions per augmentar la seva eficàcia.

El grafè i la seva aplicació es discuteixen en l'optoelectrònica. Del nou material sortirà plàstic molt lleuger i durador de la qual els contenidors permetran durant unes setmanes per mantenir els aliments frescos.

S'espera que l'ús de grafè i per a la fabricació d'un revestiment conductor transparent requerit per a monitors, panells solars i un més fort i més resistent als efectes mecànics de turbines de vent.

nanomaterial en base tindrà un millor equipament esportiu, implants mèdics i supercondensadors.

A més, el grafè i la seva aplicació en relació amb:

- dispositius electrònics d'alta freqüència d'alta potència;
- membrana artificial que separa 2 líquid en el tanc;
- la millora de les propietats de conductivitat de diversos materials;
- la creació d'una pantalla en el díode lluminós orgànic;
- desenvolupament de noves tècniques de seqüenciació d'ADN accelerada;
- millora de les pantalles de cristall líquid;
- transistors balístics.

L'ús a la indústria de l'automòbil

Segons els investigadors, l'energia específica sobre l'grafè 65 kWh / kg. Aquesta xifra és 47 vegades més alta que la que són tan comuns avui en dia bateries de ions de liti. Aquest fet, els científics han utilitzat per crear una nova generació de carregadors de bateries.

bateria de polímer de grafè - el dispositiu per mitjà del qual la potència elèctrica màxima retinguda de manera eficient. En l'actualitat, el treball en ell es porta a terme per investigadors de molts països. importants avenços aconseguits científics espanyols en aquesta matèria. la bateria de polímer de grafè, que té creat el consum d'energia, centenars de vegades més gran que una xifra similar per a les bateries existents. El fan servir per equipar als vehicles elèctrics. La màquina, que s'instal·la la bateria de grafè, pot viatjar sense parar milers de quilòmetres. Per recarregar la font d'energia elèctrica quan l'esgotament tindrà no més de 8 minuts.

pantalles tàctils

Els científics continuen explorant el grafè, la creació d'un nou i sense precedents coses. Per tant, el nanomaterial de carboni ha trobat la seva aplicació en la producció que produeix pantalles tàctils amb pantalla ampla. El terme pot aparèixer i el dispositiu flexible d'aquest tipus.

Els científics van aconseguir un full de grafè és de forma rectangular i el van convertir en un elèctrode transparent. També ha participat en els treballs de la pantalla tàctil, el que redueix en gran mesura la durabilitat, transparència, flexibilitat, respecte al medi ambient i de baix cost.

l'obtenció de grafè

Des de 2004, quan es va obrir la nova nanomaterials, els científics han arribat a dominar una sèrie de mètodes per a la seva preparació. No obstant això, el més bàsic d'aquestes formes es consideren:

- exfoliació mecànica;
- el creixement epitaxial en buit;
- refredament perofaznogo químic (CVD-procés).

El primer d'aquests tres mètodes és el més simple. la producció de grafè amb exfoliació mecànica és una aplicació especial de grafit a la superfície adhesiva de la cinta adhesiva. Després d'aquesta base, com un full de paper, començar a doblegar i redreçar, separant el material desitjat. Quan s'aplica aquest mètode de grafè obtenir la més alta qualitat. No obstant això, aquestes accions no són adequats per a la producció en massa dels nanomaterials.

En utilitzar el mètode de creixement epitaxial d'hòsties de silici fines s'utilitzen, la capa de superfície que és carbur de silici. A més, aquest material s'escalfa a una temperatura molt alta (1000 K). Com a resultat de les reaccions químiques es separa dels àtoms de silici d'àtoms de carboni, el primer dels quals es vaporitzen. Com a resultat, el registre roman pura grafè. El desavantatge d'aquest mètode és la necessitat d'utilitzar temperatures molt altes, que poden ocórrer durant la combustió d'àtoms de carboni.

El mètode més fiable i simple que s'usa per a la producció massiva de grafè, un procés de CVD. És un mètode en el qual la reacció química entre el catalitzador i gasos d'hidrocarburs recobertes de metall.

Que produeix el grafè?

Fins a la data, l'empresa més gran, produeix un nou nanomaterial es troba a la Xina. El nom del fabricant - Ningbo Morsh Tecnologia. la producció de grafè que va començar el 2012.

El principal consumidor del nanomaterial és una empresa Chongqing Morsh Tecnologia. El grafè usar-lo per a la producció de pel·lícules transparents conductores, que s'insereixen a la pantalla tàctil.

Fa relativament poc temps, una coneguda empresa Nokia ha emès una patent sobre el sensor d'imatge. Com a part d'aquesta tan necessària és unes poques capes de grafè element d'instrument òptic. Aquest material s'utilitza en els sensors de les càmeres augmenta en gran mesura la seva sensibilitat (fins a 1000 vegades). Alhora s'observa reducció en el consum d'electricitat. Bona càmera per al telèfon intel·ligent també contindrà grafè.

Preparació d'un entorn domèstic,

És possible produir grafè a casa? Resulta que, sí! Només ha de tenir una capacitat batedora de cuina de no menys de 400 W, i seguir el mètode desenvolupat pels físics irlandesos.

Com va ser produir grafè a casa? Per a aquest propòsit l'cubeta de la batedora es va abocar 500 ml d'aigua mitjançant l'addició de 10-25 ml de qualsevol detergent líquid i 20-50 grams de pissarra picada. A més, el dispositiu ha d'executar des de 10 minuts a mitja hora, fins a l'aparició d'una suspensió dels flocs de grafè. El material resultant tindrà una alta conductivitat que permetria el seu ús en els elèctrodes de les cèl·lules solars. El grafè també pot millorar les propietats del plàstic produït en l'entorn domèstic.

nanomaterial òxid

Els científics de recerca activa i estructura de grafè de tal manera que l'interior o en les vores de la malla de carboni s'uneix o grups funcionals que contenen oxigen (s) de la molècula. Aquesta Nano-òxid sòlid que és les primeres imatges de dues dimensions, que han assolit l'etapa de producció comercial. A partir de nano i micropartícules d'aquesta estructura els científics centímetre mostres produïdes.

Per tant, l'òxid de grafè en combinació amb diofilizirovannym de carboni es va obtenir recentment per científics xinesos. Es tracta d'un centímetre cúbic material molt lleuger que se celebra als pètals d'una flor petita. Però aquesta nova substància, en la qual l'òxid de grafè és un dels més sòlids del món.

aplicacions biomèdiques

òxid de grafè té una propietat única de selectivitat. Això permetrà que la substància per trobar una aplicació biomèdica. Així, gràcies a la tasca dels científics era possible utilitzar òxid de grafè per al diagnòstic de càncer. Detectar el càncer en una etapa primerenca del seu desenvolupament permeten propietats òptiques i elèctriques úniques del nanomaterial.

També òxid de grafè permet l'administració dirigida de medicaments i diagnòstics. Sobre la base d'aquest material són biosensors de sorció, que apunta a la molècula d'ADN.

aplicacions industrials

Diversos sorbents basats en l'òxid de grafè es poden aplicar als objectes naturals i artificials dezaktsivatsii infectats. Un tall de nanomaterial actiu pot processar aigua subterrània i aigua superficial, el sòl i la neteja d'ells des del radionúclid.

Filtres d'òxid de grafè poden proporcionar els locals superchistotoy, que produeix components electrònics per a aplicacions especials. Les propietats úniques d'aquest material penetrarà en la tecnologia esfera de química fina. En particular, això pot ser extracció de metalls disperses i rares radioactives. Per tant, l'ús d'òxid de grafè permet extreure or a partir de minerals de baix grau.