Что такое графен и почему он уникален

Эти свойства делают его полезным для широкого спектра применений, включая электронику, энергетику, медицину, транспорт и многие другие области.

Кто открыл графен

Графен открыли в 2004 году британские ученые российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов. Работая в Манчестерском университете, они исследовали свойства углеродных материалов, в том числе графита. Экспериментируя с графитом, они смогли изолировать одноатомный слой углерода, который и получил название графен. Интересно, что в работе они использовали обычный скотч, который позволил отделить слой графита толщиной в один атом углерода. Результаты исследований были опубликованы в журнале Science. За свою работу Гейм и Новоселов были удостоены многих научных наград, в том числе Нобелевской премии по физике в 2010 году.

Безопасен ли графен

Кроме того, при работе с графеном необходимо соблюдать соответствующие меры безопасности. Любой материал, может стать опасным, если его используют неправильно или непрофессионально.

Необычные свойства графена

Материал обладает уникальными свойствами, которые делают его полезным для создания различных устройств и технологий. Среди его основных достоинств можно выделить высокую прочность, электропроводность, теплопроводность и прозрачность.

1. Высокая прочность. Это тонкий и прочный материал, который может выдерживать внушительный вес, не ломаясь. Предел его прочности равен 55 Н · м −1. Например, гамак из графена площадью 1 квадратный метр может выдержать кошку весом 4 килограмма, при этом гамак будет практически невидимым.
2. Высокая электропроводность. По этому показателю он превосходит, например, медь. Более того, показатель подвижности носителей заряда в графене выше, чем в кремнии. Это делает его полезным для создания электронных устройств.
3. Высокая теплопроводность. Материал может передавать тепло очень быстро и эффективно (в 10 раз лучше меди), что делает его полезным для создания теплоотводов и терморегулирующих устройств, например, термопасты или охлаждения для центрального процессора компьютера.
4. Прозрачность. Такой тонкий материал сложно увидеть, к тому же он поглощает 2,3% падающего света, поэтому практически прозрачен.
5. Гибкость. Он может быть изогнут в разные формы без потери своих свойств. В сочетании с электропроводностью и прозрачностью материал можно использовать, например, при создании гибкой электроники.

Где уже используют графен

Новый материал уже сейчас используется в различных областях и порой находит совершенно неожиданное применение: от изготовления более легких и прочных теннисных ракеток до использования в составе одежды, для питания внешних светодиодов и в солнечных батареях.

Где можно применять графен в будущем

Этот материал может быть использован для создания новых технологий и продуктов. Его изучением занимаются ученые из разных стран, в нем заинтересованы крупные компании, такие, как Airbus, Samsung, IBM и многие другие. Ниже перечислены лишь некоторые возможные области применения материала в будущем, и его потенциал может быть еще больше раскрыт в научных исследованиях и разработках.

• Квантовые вычисления. Для создания квантовых компьютеров, которые будут работать намного быстрее и эффективнее, чем современные компьютеры. В частности, финские ученые разработали болометр (инструмент для измерения энергетического состояния кубитов) на основе графена, у которого рекордная чувствительность, что позволяет существенно снизить энергопотребление квантовых компьютеров и сделать их компактнее.
• Робототехника. Производство гибких и прочных материалов для роботов, которые будут иметь возможность двигаться и приспосабливаться к различным условиям. Например, индийские ученые рассказывают о самовосстанавливающейся коже для андроидов, а в Австралии разработали биосенсор из графена, позволяющий управлять роботами.
• Космические исследования. Производство легких и прочных материалов для космических кораблей, космических станций и спутников. Так, в Китае ученые предложили перемещаться в космосе при помощи солнечных парусов, изготовленных из графена, а графеновая броня сможет защитить космические аппараты от микрометеоритов.
• Экология. Фильтры с применением графена можно использовать для очистки воды и воздуха, а также для создания более эффективных и экологически чистых источников энергии. Возможно применение и на атомных электростанциях с целью повышения экономичности и снижения вредных выбросов углекислого газа.

Почему графен до сих пор не используется массово

Таким образом, графен рано или поздно будет применяться массово, однако это не может произойти моментально.

Что еще почитать и посмотреть о графене

1. «Предыстория графена» — статья на сайте «За науку», которая описывает историю открытия и развития представлений о двумерных материалах в физике.
2. «Методы получения графена» — статья на сайте «Русграфен», российской компании, запустившей производство CVD-графена.
3. «Главный элемент жизни» — видео на канале Droider, в котором рассказывается об углероде и других материалах на его основе.
4. Graphene — What Is It? — англоязычная статья на сайте Graphenea, одной из лидирующих компаний по производству графена.