Kas ir grafēns un ko tas var darīt?

Ja aptuveni pēdējās desmitgades laikā esat bijis kaut kur netālu no zinātnes žurnāla, jūs atradīsit kaut kādu superlāta formu par grafēnu - divdimensiju brīnumvielu, kas sola pārveidot visu, sākot no skaitļošanas līdz biomedicīnai.

Pateicoties nedaudzām ievērojamām īpašībām, grafēna lietojumprogrammās ir daudz satraukumu. Tas ir 1 miljons reižu plānāks par cilvēka matiem, bet 200 reizes stiprāks par tēraudu. Tas ir elastīgs, bet var darboties kā ideāls šķērslis un ir lielisks elektrības vadītājs. Apvienojiet to visu kopā, un jums būs materiāls ar daudzām potenciāli revolucionārām lietojumprogrammām.

labot attālās darbvirsmas savienojuma logus

Kas ir grafēns?

Grafēns ir ogleklis, bet viena atoma biezā šūnveida režģī. Atgriežoties vecajās ķīmijas stundās, jūs atceraties, ka materiāliem, kas pilnībā sastāv no oglekļa, var būt krasi atšķirīgas īpašības atkarībā no tā, kā tā atomi ir izvietoti (dažādi alotropi). Piemēram, zīmuļa svina grafīts ir mīksts un tumšs, salīdzinot ar cieto un caurspīdīgo dimantu jūsu saderināšanās gredzenā. Cilvēka radītās oglekļa struktūras neatšķiras; lodveida Buckminsterfullerene darbojas savādāk nekā oglekļa nanocaurulīšu saritinātie izkārtojumi.

Grafēns ir izgatavots no oglekļa atomu loksnes sešstūra režģī. No iepriekš minētā tas pēc formas ir vistuvāk grafītam, bet, tā kā šis materiāls ir izgatavots no divdimensiju oglekļa loksnēm, kuras slānis uz slāņa slāņa slāņa slāņa slāpē ar vājām starpmolekulārām saitēm, grafēns ir tikai vienas loksnes biezs. Ja jūs varētu no grafīta izlobīt vienu, viena atoma augstu oglekļa slāni, jums būtu grafēns.

Grafīta vājās starpmolekulārās saites padara to mīkstu un pārslveida, taču pašas oglekļa saites ir izturīgas. Tas nozīmē, ka loksne, kas sastāv tikai no šīm oglekļa saitēm, ir spēcīga - apmēram 200 reizes lielāka nekā visstingrākajam tēraudam, vienlaikus ir elastīga un caurspīdīga.

Grafēns ir teorētisks jau ilgu laiku, un nejauši tiek ražots mazos daudzumos tik ilgi, kamēr cilvēki lieto grafīta zīmuļus. Tās galvenā izolācija un atklājums tomēr ir piesaistīts Andrē Geima un Konstantīna Novoselova darbam 2014. gadā Mančestras universitātē. Tiek ziņots, ka abi zinātnieki rīkoja eksperimentus piektdienas vakarā, kur pārbaudīja idejas ārpus ikdienas darba. Vienā no šīm sesijām pētnieki izmantoja skotu, lai no grafīta kamola noņemtu plānus oglekļa slāņus. Šis novatoriskais pētījums galu galā noveda pie grafēna komerciālas ražošanas.

Pēc tam, kad viņi 2010. gadā ieguva Nobela prēmiju fizikā, Geims un Novoselovs ziedoja lentes dozatoru Nobela muzejam.

kā padarīt baltu betona minecraft

Kāpēc var izmantot grafēnu?

Viena svarīga lieta, kas jāņem vērā, ir tā, ka zinātnieki izstrādā visdažādākos materiālus, kuru pamatā ir grafēns. Tas nozīmē, ka, iespējams, labāk ir domāt par grafēniem, tāpat kā par plastmasu. Būtībā grafēna parādīšanās ļauj radīt pilnīgi jaunu materiālu kategoriju, nevis tikai vienu jaunu materiālu.

Skatīt saistīto Kas ir turbulence? Atklājot vienu no fizikas miljoniem dolāru jautājumiem “Dimanta lietus”, kas atrasts uz Urāna, ir atjaunots uz Zemes - un tas varētu palīdzēt atrisināt mūsu pieaugošo enerģijas krīzi. Kvantu skaitļošana ir pilngadīga.

Attiecībā uz pielietojumu pētījumi tiek veikti tik plašā diapazonā kā biomedicīna un elektronika, līdz augu aizsardzībai un pārtikas iepakojumam. Spēja modificēt, piemēram, grafēna virsmas īpašības, varētu padarīt to par izcilu materiālu zāļu piegādei, savukārt materiāla vadītspēja un elastība varētu vēstīt par jaunās paaudzes skārienekrāna shēmām vai saliekamām valkājamām ierīcēm.

Fakts, ka grafēns spēj radīt perfektu šķērsli šķidrumiem un gāzēm, nozīmē, ka to var izmantot arī ar citiem materiāliem, lai filtrētu jebkuru savienojumu un elementu skaitu, ieskaitot hēliju, kas ir ārkārtīgi grūti bloķējama gāze. Rūpniecībā tas ir plaši pielietojams, taču tas var izrādīties ļoti noderīgs arī vides vajadzībām saistībā ar ūdens filtrēšanu.

Grafēna daudzfunkcionālās īpašības paver durvis milzīgai kompozītmateriālu izmantošanai. Kaut arī ir daudz domāts par to, kā tas var uzlabot jau esošās tehnoloģijas, nepārtraukta attīstība šajā jomā galu galā novedīs pie pilnīgi jaunām jomām, kuras iepriekš nebūtu bijis iespējams. Vai mēs varētu redzēt, ka parādās pavisam jauna aviācijas un kosmosa inženierijas klase? Kā ir ar paplašinātās realitātes optiskajiem implantiem? Pēc izskata 21. gadsimts ir tas, kad mēs to uzzināsim.