Graphene und seine Anwendung. Die Entdeckung von Graphen. Nanotechnologie in der modernen Welt

Vor relativ kurzer Zeit in Wissenschaft und Technologie ist ein neues Gebiet, die so genannte Nanotechnologie. Die Aussichten für diese Disziplin ist nicht nur riesig. Sie sind ehrgeizig. Das Teilchen, bezeichnet als „nano“ ist ein Wert, der gleich einem Milliardstel einer Fraktion von Wert. Diese Größen können nur auf die Größe von Atomen und Molekülen verglichen werden. Zum Beispiel wird ein Nanometer die ein Milliardstel eines Meters genannt.

Die Hauptrichtung des neuen Gebiet der Wissenschaft

Nanotechnologie bezeichnet diejenigen, die die Materie auf der Ebene der Moleküle und Atome manipulieren. Daher wird dieser Bereich der Wissenschaft auch molekulare Technologie genannt. Was war der Anstoß für die Entwicklung? Nanotechnologie in der modernen Welt erschienen dank der Vorträge Richarda Feynmana. Darin hat der Wissenschaftler bewiesen, dass es keine Hindernisse für die Schaffung der Dinge direkt aus den Atomen.

Die Mittel für eine wirksame Manipulation winziger Teilchen, dem Assembler. Diese molekulare Nanomaschine, die verwendet werden kann, jede Struktur zu bauen. Zum Beispiel kann der Assembler natürliche Ribosom Synthese eines Proteins in lebenden Organismen genannt werden.

Nanotechnologie in der modernen Welt ist nicht nur ein einzelne Fachgebiet. Sie repräsentieren ein breites Spektrum der Forschung direkt zu vielen Grundlagenwissenschaften zusammen. Unter ihnen sind Physik, Chemie und Biologie. Nach Ansicht der Wissenschaftler, müssen diese Wissenschaften die stärksten Impulse für die Entwicklung vor dem Hintergrund der kommenden Nanotech-Revolution.

Anwendungsgebiet

Listen Sie alle Sphären der menschlichen Tätigkeit, wo die Nanotechnologie heute verwendet wird, es ist wegen der sehr beeindruckende Liste nicht möglich ist. Also, mit Hilfe dieses Gebiet der Wissenschaft produziert:

– Vorrichtungen zum superdichten Aufzeichnung jede Information;
– verschiedene Geräte;
– Sensoren, Solarzellen, Halbleitertransistoren;
– Informationen, Computer und Informationstechnologie;
– Nanoimprint und nanolithography;
– Vorrichtungen zur Energiespeicherung und Brennstoffzellen;
– Verteidigung, Luft- und Raumfahrt-Anwendungen;
– bioinstrumentary.

Auf dieser wissenschaftlichen Gebiet der Nanotechnologie in Russland, den USA, Japan und einigen europäischen Ländern mit mehr Mittel wird jedes Jahr vergeben. Dies ist aufgrund der weiten Aussichten für die Entwicklung dieser Sphäre der Forschung.

Die Nanotechnologie ist die Entwicklung in Russland nach dem Bundes-Zielprogramm, das nicht nur große finanziell Kosten bietet, sondern auch eine große Menge an Design und Forschungsarbeiten tragen. Zur Erreichung der Ziele gehen die Bemühungen der verschiedenen wissenschaftlichen und technologischen Systeme auf der Ebene der nationalen und multinationalen Unternehmen zu vereinen.

neues Material

Nanotechnologie haben Wissenschaftler ermöglicht, eine Kohlenstoffplatte härter als Diamant zu erzeugen, deren Dicke nur ein Atom. Es besteht aus Graphen. Es ist das dünnste und stärkste Material im Universum, das Elektrizität besser als Silizium Computer-Chips überträgt.

Die Entdeckung von Graphen ist eine wirklich revolutionäre Ereignis, das viel Veränderung in unserem Leben ermöglichen. Dieses Material ist so einzigartige physikalische Eigenschaften, die die menschliche Natur der Dinge und Substanzen grundlegend verändert.

Geschichte der Entdeckung

Graphen ist ein zweidimensionaler Kristall. Seine Struktur ist ein hexagonales Gitter, bestehend aus Kohlenstoffatomen. Theoretische Untersuchungen von Graphen begann lange vor seinem realen Designs bekommen, da dieses Material die Basis für den Aufbau eines dreidimensionalen Graphitkristall ist.

Auch im Jahr 1947 G. P. hat er einige Volles Eigenschaften von Graphen, was beweist, dass seine Struktur ähnelt Metalle und einige Eigenschaften ähnlich denen der ultra-relativistischen Teilchen, Neutrinos und masselos Photonen. Allerdings sind das neue Material es bestimmte signifikante Unterschiede, die es einzigartig in seiner Natur. Aber Bestätigung dieser Ergebnisse wurde erst im Jahr 2004 erreicht, als Konstantin Novoselov und Andrey Geim zuerst durch den Kohlenstoff in freiem Zustand erhalten. Diese neue Substanz ist Graphen genannt, und war eine wichtige Entdeckung Wissenschaftler. Finden Sie diesen Artikel in Bleistift sein. Sein Graphitstab besteht aus mehreren Schichten aus Graphen. Wie funktioniert verlässt ein Bleistift eine Markierung auf dem Papier? Tatsache ist, dass trotz der Stärke der Kernkomponenten der Schichten gibt es eine sehr schwache Verbindung zwischen ihnen. Sie sind sehr einfach in Kontakt mit dem Papier zu fallen, eine Spur schriftlich zu verlassen.

Mit dem neuen Material

Nach Ansicht der Wissenschaftler, die Sensoren, die auf Graphen basieren, die Lage sein, die Stärke und Zustand des Flugzeugs sowie zur Vorhersage Erdbeben zu analysieren. Aber nur, wenn das Material mit solchen Eigenschaften wird beeindruckende Wand Laboratorien klar praktisch werden läßt Anwendung wird in der Richtung des Stoffes entwickeln. In dem heutigen Tag, Chemiker, Physiker und Elektroingenieure sind bereits Interesse an den einzigartigen Fähigkeiten von Graphen. Nach nur wenige Gramm des Stoffes können Gebiet, gleich ein Fußballfeld abgedeckt werden.

Graphene und seine Anwendung potentiell in der Herstellung von leichten Satelliten und Flugzeugen betrachtet. In diesem Bereich kann das neue Material der ersetzen Kohlefasern in den Verbundwerkstoffen. Nanomaterialien können anstelle von Silizium-Transistoren und deren Umsetzung in Kunststoff geben ihm elektrische Leitfähigkeit verwendet.

Graphene und seine Verwendung in Angelegenheiten der Sensorherstellung berücksichtigt. Diese Geräte werden auf der Grundlage des neuesten Materials gebildet in der Lage, das gefährlichste Molekül zu erkennen. Aber die Verwendung von Nano-Pulver bei der Herstellung von elektrischen Batterien manchmal um ihre Wirksamkeit zu erhöhen.

Graphene und ihre Anwendung in der Optoelektronik diskutiert. Des neuen Materials wird sich sehr leicht und robust Kunststoff, aus dem die Behälter für ein paar Wochen ermöglichen Essen frisch zu halten.

Die Verwendung von Graphen und wird erwartet, dass eine transparente, leitfähige Beschichtung für Monitore, Sonnenkollektoren und einer stärkeren und widerstandsfähig gegen mechanische Einwirkungen von Windenergieanlagen erforderlich, herzustellen.

Basierend Nanomaterial wird eine bessere Sportgeräte, medizinische Implantate und Superkondensatoren haben.

Auch Graphen und ihre Anwendung relevant sind:

– Hochfrequenz-Hochleistungs elektronische Geräte;
– künstliche Membran zwei Flüssigkeit in dem Tank trennt;
– Verbesserung der Leitfähigkeit Eigenschaften verschiedenen Materialien;
– Erstellen einer Anzeige auf der organischen lichtemittierenden Diode;
– beschleunigte Entwicklung neuer Techniken der DNA-Sequenzierung;
– Verbesserung der Flüssigkristallanzeigen;
– ballistische Transistoren.

Der Einsatz in der Automobilindustrie

Laut den Forschern, nähert sich die spezifische Energie Graphene 65 kWh / kg. Diese Zahl ist 47-mal höher als die, die so häufig heute Lithium-Ionen-Batterien sind. Diese Tatsache haben die Wissenschaftler verwendet, um eine neue Generation von Ladegeräten zu erstellen.

Graphene Polymerbatterie – die Vorrichtung, mittels denen die maximale elektrische Leistung effizient beibehalten. Derzeit ist die Arbeit auf sie von den Forschern in vielen Ländern durchgeführt. Bedeutende Fortschritte spanische Wissenschaftler in dieser Angelegenheit erzielt. Graphene-Polymer-Akku, erstellt sie hat den Energieverbrauch, mehr hundert Mal größer ist als eine ähnliche Figur für bestehende Batterien. Sie benutzen es, Elektrofahrzeuge auszurüsten. Die Maschine, die installiert ist Graphen Batterie, kann reisen , ohne Tausende von Kilometern zu stoppen. Zum Aufladen der elektrischen Energiequelle, wenn Erschöpfung nicht mehr als 8 Minuten benötigen.

Touch-Screens

Wissenschaftler weiterhin Graphen zu erforschen, eine neue und einzigartige Dinge zu schaffen. Somit hat das Kohlenstoffnanomaterial seine Anwendung in der Produktion gefunden, das Touch-Screens mit Breitbild erzeugt. Der Begriff kann erscheinen und flexible Einrichtung dieser Art.

Wissenschaftler erhielten eine Graphenschicht in der Form rechteckig ist, und es in eine transparente Elektrode. Er hat auch in der Arbeit der Touch-Screen teilnahm, stark um die Haltbarkeit zu reduzieren, Transparenz, Flexibilität, Umweltfreundlichkeit und niedrig Kosten.

Erhalten Graphen

Seit 2004, als es die neuesten Nanomaterialien eröffnet wurde, haben Wissenschaftler eine Reihe von Verfahren zu ihrer Herstellung gemeistert. Allerdings sind die grundlegendsten dieser Möglichkeiten in Betracht gezogen:

– mechanisches Peeling;
– epitaktisches Wachstum in Vakuum;
– Kühl perofaznogo chemische (CVD-Prozess).

Die erste dieser drei Methoden ist die einfachste. Graphen Herstellung mit mechanischem Peeling ist eine spezielle Anwendung von Graphit auf die Klebefläche des Klebebands. Nach dieser Grundlage, wie ein Blatt Papier, zu starten, zu biegen und strecken um das gewünschte Material zu trennen. Wenn dieses Verfahren Graphen Anwendung erhält die höchste Qualität. Allerdings sind solche Maßnahmen für die Massenproduktion von Nanomaterialien nicht geeignet.

Wenn die Methode des epitaxialen Wachstums von dünnen Siliziumwafern unter Verwendung verwendet wird, der die Oberflächenschicht Siliziumkarbid ist. Ferner ist dieses Material bei einer sehr hohen Temperatur (1000 K) erwärmt. Als Ergebnis der chemischen Reaktionen von den Siliciumatomen der Kohlenstoffatom getrennt ist, von denen die ersten verdampfen. Als Ergebnis bleibt der Datensatz reine Graphen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit der Verwendung von sehr hohen Temperaturen, die bei der Verbrennung von Kohlenstoffatomen auftreten können.

Die zuverlässige und einfache Methode für die Massenproduktion von Graphen verwendet, ein CVD-Verfahren. Es ist ein Verfahren, bei dem die chemische Reaktion zwischen den metallbeschichteten Katalysator und Kohlenwasserstoffgase.

Welche produziert Graphen?

Bis heute produziert das größte Unternehmen, ein neues Nanomaterial in China. Der Name des Herstellers – Ningbo Morsh Technologie. Graphen-Produktion begann sie im Jahr 2012.

Die Hauptabnehmer des Nanomaterials ist ein Unternehmen Chongqing Morsh Technologie. Graphene nutzt es für die Herstellung von leitfähigen transparenten Filmen, die in den Touchscreen-Display eingesetzt sind.

Vor relativ kurzer Zeit, eine bekannte Firma Nokia hat ein Patent auf dem Bildsensor ausgegeben. Als Teil dieses dringend benötigt wird, ist ein paar Schichten aus Graphen optischen Instruments Element. Ein solches Material in den Sensoren der Kameras verwendet, stark erhöht ihre Empfindlichkeit (bis zu 1000-fach). Zur gleichen Zeit beobachtete Reduktion des Stromverbrauches. Gute Kamera für das Smartphone auch Graphen enthalten.

Herstellung einer häuslichen Umgebung,

Ist es möglich, Graphen zu Hause zu produzieren? Es stellt sich heraus, ja! Sie brauchen nur einen Küchenmixer Kapazität von nicht weniger als 400 W zu nehmen, und die Methode, mit der irischen Physiker entwickelt folgen.

Wie haben Graphen zu Hause produzieren? Zu diesem Zweck wurde der Mischbecher 500 ml Wasser gegossen, um 10-25 ml jeden flüssigen Waschmittels Zugabe und 20-50 g zerstoßenes Schiefers. Ferner sollte das Gerät von 10 Minuten bis eine halbe Stunde laufen, bis zum Erscheinen eines Breis von Graphenflocken. Das resultierende Material wird eine hohe Leitfähigkeit hat, die seine Verwendung in den Elektroden der Solarzellen erlauben würde. Graphene können auch die Eigenschaften von Kunststoff in der häuslichen Umgebung produziert verbessern.

Oxid-Nanomaterialien

Wissenschaftler aktiv Forschung und Graphenstruktur, so dass im Inneren oder an den Rändern des Kohlen mesh wird sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen (n) des Moleküls gebunden ist oder. Dieses feste Nano-Oxid davon ist die ersten zweidimensionalen Bilder, die die Phase der kommerziellen Produktion erreicht haben. Von Nano- und Mikropartikel dieser Struktur Wissenschaftler zentimeter Proben hergestellt.

So wurde die Graphenoxids in Kombination mit Carbon diofilizirovannym kürzlich von chinesischen Wissenschaftlern erhalten. Dies ist ein sehr leichtes Material Zentimeter Würfel, der auf die Blütenblätter einer kleinen Blume gehalten wird. Aber diese neue Substanz, bei der das Graphenoxid ist eine der solidesten in der Welt.

biomedizinische Anwendungen

Graphenoxids hat eine einzigartige Eigenschaft der Selektivität. Dies ermöglicht die Substanz eine biomedizinische Anwendung zu finden. So, dank der Arbeit von Wissenschaftlern möglich war Graphenoxids für die Diagnose von Krebs zu verwenden. Detect Krebs in einem frühen Stadium ihrer Entwicklung ermöglicht einzigartige optische und elektrische Eigenschaften des Nanomaterials.

Auch Graphenoxids ermöglicht gezielte Abgabe von Medikamenten und Diagnostika. Auf der Grundlage dieses Materials sind Sorption Biosensoren, an das DNA-Molekül zeigt.

Industrieanwendungen

Verschiedene Sorptionsmittel auf der Basis der Graphenoxids kann auf die infizierten dezaktsivatsii natürlichen und vom Menschen geschaffenen Objekte angewendet werden. Ein Schnitt des aktiven Nanomaterials kann Grund- und Oberflächenwasser, Boden und Clearing sie aus dem Radionuklid verarbeiten.

Die Filter aus Graphenoxids kann superchistotoy Räume vorzusehen, die elektronische Komponenten für spezielle Anwendungen produziert. Die einzigartigen Eigenschaften dieses Material eindringen in feine chemischen Bereich Technologie. Insbesondere kann diese Extraktion radioaktiver Streu und seltene Metalle sein. Somit ermöglicht die Verwendung von Graphenoxids Gold aus Armerzen zu extrahieren.