Graphene ug paggamit niini. Ang pagkadiskobre sa graphene. Nanotechnology sa modernong kalibutan

Medyo bag-o lang sa Science ug Technology mao ang usa ka bag-o nga dapit, nga gitawag nanotechnology. Palaaboton alang sa disiplina niini nga dili lang halapad nga. Sila mao ang ambisyoso. Ang tipik, nagtumong sa "nano" mao ang usa ka bili nga sama sa sa usa ka bilyon sa usa ka tipik sa bisan unsa nga bili. Kini nga mga gidak-on lamang nga itandi sa gidak-on sa mga atomo ug mga molekula. Pananglitan, ang usa ka nanometro maoy ika mao ang gitawag nga usa ka-bilyon sa usa ka metro.

Ang nag-unang direksyon sa bag-ong natad sa siyensiya

Nanotechnology gitawag ang mga pagmaniobra sa mga butang sa ang-ang sa mga molekula ug mga atomo. Busa, niini nga dapit sa siyensiya mao ang gitawag usab molekula teknolohiya. Unsa ang impetus alang sa kalamboan? Nanotechnology sa modernong kalibutan nagpakita pasalamat ngadto sa mga pakigpulong Richarda Feynmana. Sa kini ang siyentista nga nagpamatuod nga walay mga babag sa sa paglalang sa mga butang nga direkta gikan sa mga atomo.

Nagpasabot alang sa epektibo nga pagmaniobra sa gagmayng mga partikulo nga gitawag assembler. Kini nga molecular nanomachine, nga mahimong gamiton sa pagtukod sa bisan unsa nga estraktura. Kay sa panig-ingnan, ang assembler mahimong gitawag natural nga ribosome synthesizing sa usa ka protina sa buhi nga mga organismo.

Nanotechnology sa modernong kalibutan dili lang sa usa ka dapit sa expertise. Sila nagrepresentar sa usa ka halapad nga kasangkaran sa research direkta nga may kalabutan ngadto sa daghang sukaranan siyensiya. Lakip kanila mao ang physics, chemistry ug biology. Sumala sa mga siyentipiko, kining mga siyensiya adunay sa labing gamhanan nga impetus ngadto sa kalamboan batok sa backdrop sa umaabot nga nanotech rebolusyon.

dapit sa aplikasyon

Ilista ang tanan nga mga natad sa kalihokan sa tawo, diin ang nanotechnology gigamit karon, kini mao ang mahimo tungod kay sa kaayo impresibo listahan. Busa, uban sa tabang sa niini nga kapatagan sa siyensiya ang gigama:

- lalang alang sa superdense recording sa bisan unsa nga impormasyon;
- sa nagkalain-laing ekipo;
- sensor, solar mga selula, semiconductor transistors;
- impormasyon, Computing ug impormasyon nga teknolohiya;
- nanoimprint ug nanolithography;
- lalang alang sa pagtago sa enerhiya, ug mga selula sugnod;
- depensa, luna ug aviation mga aplikasyon;
- bioinstrumentary.

Sa niini nga siyentipikanhong uma sa nanotechnology sa Russia, USA, Japan ug sa pipila ka mga nasod sa Europe uban sa dugang nga pundo ang gigahin sa matag tuig. Kini mao ang tungod sa lapad nga palaaboton alang sa kalamboan sa niini nga dapit sa research.

Nanotechnology ang pagpalambo sa sa Russia sumala sa Federal target nga programa, nga naghatag og dili lamang sa dako nga pinansyal nga gasto, apan usab nga nagdala sa usa ka dako nga kantidad sa disenyo ug research mga buhat. Aron makab-ot ang mga tumong nga moadto sa paghiusa sa mga paningkamot sa mga nagkalain-laing sa siyensiya ug teknolohiya nga mga sistema sa ang-ang sa national ug multinasyonal nga korporasyon.

bag-ong materyal

Nanotechnology ang nakahimo siyentipiko sa pagmugna sa usa ka carbon plate mas lisud kay sa diamante kansang gibag-on mao ang usa lamang ka atomo. Kini naglangkob sa graphene. Kini mao ang thinnest ug lig-on nga materyal nga sa uniberso, nga ipasa sa kuryente mas maayo pa kay sa chips silicon computer.

Ang pagkadiskobre sa graphene mao ang usa ka tinuod nga rebolusyonaryong nga hitabo, nga motugot sa daghan nga kausaban sa atong mga kinabuhi. Kini nga materyal mao ang sa ingon talagsaon nga pisikal nga mga kabtangan nga pundamental-usab ang tawhanong kinaiya sa mga butang ug mga butang.

Kasaysayan sa pagdiskobre

Graphene mao ang usa ka duha ka-dimensional kristal. gambalay niini mao ang usa ka sayis-kantos nga kinuroskuros nga naglangkob sa carbon atomo. Teoretikal nga mga pagtuon sa graphene nagsugod sa wala pa pagkuha sa iyang tinuod nga mga laraw, kay kini nga materyal mao ang basehan alang sa pagtukod sa usa ka tulo-ka-dimensional nga graphite kristal.

Bisan sa 1947 G. P. Volles siya adunay pipila kabtangan sa graphene, nga nagpamatuod nga ang iyang gambalay susama metal, ug pipila ka mga kinaiya nga susama niadtong sa mga ultra-relativistic mga partikulo, neutrinos ug massless photon. Apan, ang mga bag-ong materyal adunay mga pipila ka mga mahinungdanon nga mga kalainan nga sa paghimo niini nga talagsaon diha sa iyang kinaiya. Apan kumpirmasyon niini nga mga kaplag nakuha lamang sa 2004, sa diha nga Konstantin Novoselov ug Andrey Geim unang nakuha pinaagi sa carbon diha sa libre nga kahimtang. Kini nga bag-o nga bahandi mao ang gitawag nga graphene, ug mao ang usa ka mayor nga pagkadiskobre siyentipiko. Pangita og butang niini nga mahimong sa lapis. Niini graphite sungkod gilangkoban sa daghang mga sapaw, mga haklap sa graphene. Sa unsang paagi ang usa ka lapis dahon sa usa ka marka diha sa papel? Ang tinuod mao nga, bisan pa sa kalig-on sa kinauyokan nga sangkap sa mga sapaw, mga haklap, adunay usa ka kaayo nga huyang nga sumpay tali kanila. Sila mao ang kaayo sayon nga mahulog sa kontak uban sa mga papel, gibiyaan sa usa ka agianan sa pagsulat.

Pinaagi sa paggamit sa bag-ong mga materyal nga

Sumala sa mga siyentipiko, ang mga sensors nga base sa graphene, makahimo sa pag-analisar sa mga kalig-on ug kahimtang sa mga eroplano, ingon man sa pagtagna linog. Apan lamang sa diha nga ang materyal nga uban sa maong mga kabtangan mobiya makabungog nga kuta laboratoryo mahimong tin-aw nga praktikal nga aplikasyon sa pagpalambo sa sa direksyon sa bahandi. Sa karon nga adlaw, chemists, pisiko ug electrical engineers na interesado sa talagsaon nga kapabilidad sa graphene. Human sa pipila lang ka gramo sa bahandi mahimong gitabonan teritoryo, nga sama sa usa ka uma sa football.

Graphene ug paggamit niini kalagmitan giisip sa pagpatunghag lightweight satellites ug eroplano. Sa niini nga dapit, sa mga bag-ong materyal nga mahimong mopuli sa carbon lanot sa komposit nga mga materyales. Nanomaterials mahimong gamiton sa baylo nga silicon transistors ug pagpatuman niini diha sa mga plastik nga ihatag kini electrical conductivity.

Graphene ug paggamit niini giisip sa mga butang sensor paghimo. Kini nga mga mga lalang nga nag-umol sa basehan sa mga pinaka-ulahing nga materyal nga makahimo sa pag-ila sa labing delikado nga molekula. Apan sa paggamit sa Nano-mga pulvos nga mahumot sa produksyon sa electric batteries sa mga panahon sa pagpalambo sa ilang pagka-epektibo.

Graphene ug paggamit niini gihisgotan sa optoelectronics. Sa bag-ong materyal ang kaayo lightweight ug sa lig plastik nga gikan sa diin ang mga sudlanan motugot alang sa usa ka pipila ka mga semana aron sa pagbantay sa pagkaon nga lab-as.

Ang paggamit sa graphene ug gilauman sa paghimo sa usa ka transparent conductive taklap, sapaw nga gikinahanglan alang sa monitor, solar panel ug sa usa ka lig-on ug mas makasugakod sa mekanikal nga mga epekto sa mga turbina sa hangin.

Base nanomaterial makabaton sa usa ka mas maayo nga sports ekipo, medical bugon ug supercapacitors.

Usab, graphene ug paggamit niini may kalabutan sa:

- taas nga-frequency high-gahum sa electronic devices;
- artipisyal nga lamad pagbulag sa duha ka mga liquid sa tangke;
- pagpalambo sa conductivity kabtangan sa mga nagkalain-laing nga mga materyales;
- sa paghimo sa usa ka display sa organiko nga kahayag emitting diode;
- Accelerated kalamboan sa bag-ong mga teknik sa DNA serye;
- improvement sa liquid kristal pagpakita;
- ballistic transistors.

Ang paggamit sa mga automotive industriya

Sumala sa mga tigdukiduki, ang piho nga enerhiya moduol sa graphene 65 kWh / kg. Kini nga numero mao ang 47 nga mga panahon nga mas taas kay sa usa nga komon kaayo karong mga adlawa Lithium-Ion batteries. Kini nga kamatuoran, ang mga siyentipiko nga gigamit sa paghimo sa usa ka bag-o nga kaliwatan sa battery pinggan.

Graphene polymer battery - sa lalang pinaagi sa nga ang maximum kuryente pagkamasangputon pagahawiran. Sa pagkakaron, ang buhat sa ibabaw niini ang gidala sa gawas sa mga tigdukiduki sa daghang mga nasud. Mahinungdanon nga pag-uswag nga nakab-ot Espanyol siyentipiko sa niini nga butang. Graphene-polymer battery, sila gilalang adunay enerhiya sa konsumo, gatusan ka mga panahon nga labaw pa kay sa usa ka susama nga numero alang sa kasamtangan nga mga baterya. Sila sa paggamit sa niini sa pagsangkap sa electric sakyanan. Ang makina, nga-instalar graphene battery, mahimo mobiyahe dili mohunong sa liboan ka mga kilometro. Aron sa recharge ang electric enerhiya tinubdan sa diha nga kakapoy kinahanglan dili labaw pa kay sa 8 minutos.

touchscreens

Mga siyentipiko padayon sa pagsuhid sa graphene, sa paghimo sa usa ka bag-o ug dili hitupngan nga mga butang. Busa, ang carbon nanomaterial nakakaplag sa iyang aplikasyon sa produksyon nga og paghikap screens uban sa lapad nga screen. Ang termino mahimong makita ug flexible nga device sa niini nga matang.

Mga siyentipiko na sa usa ka graphene sheet mao ang rectangular sa porma ug nahimo kini ngadto sa usa ka transparent electrode. Siya usab miapil sa buhat sa paghikap screen, sa hilabihan gayud sa pagkunhod sa mga kalig-on, transparency, pagka-flexible, sa kinaiyahan kamahigalaon ug ubos nga gasto.

angkon graphene

Sukad sa 2004, sa diha nga kini miabli sa mga bag-o nga nanomaterials, ang mga siyentipiko hanas sa usa ka gidaghanon sa mga pamaagi alang sa pag-andam niini. Apan, ang labing nag-unang mga sa niini nga mga mga paagi giisip:

- mekanikal nga exfoliation;
- epitaxial pagtubo sa lunang, haw-;
- makapabugnaw perofaznogo kemikal (CVD-proseso).

Ang una niini nga mga tulo ka paagi mao ang labing yano nga. graphene produksyon sa mekanikal nga exfoliation mao ang usa ka espesyal nga paggamit sa graphite sa patapot nawong sa patapot tape. Human sa pundasyon niini, ingon sa usa ka palid sa papel, magsugod sa bend ug unbend, pagbulag sa gitinguha nga materyal. Sa diha nga ang pagpadapat niini nga pamaagi graphene makabaton sa labing taas nga kalidad. Apan, ang maong mga buhat dili angay alang sa masa sa produksyon sa nanomaterials.

Sa diha nga sa paggamit sa mga pamaagi sa epitaxial pagtubo sa manipis nga tinapay nga manipis silicon gigamit, ang nawong layer nga mao ang silicon carbide. Dugang pa, kini nga materyal ang naandan nga kainit sa usa ka kaayo nga taas nga temperatura (1000 K). Ingon sa usa ka resulta sa kemikal nga mga reaksiyon nga mibulag gikan sa mga atomo silicon sa carbon atomo, ang una sa nga vaporize. Ingon sa usa ka resulta, ang rekord nagpabilin nga putli graphene. Ang Disbentaha sa niini nga paagi mao ang panginahanglan sa paggamit sa kaayo taas nga temperatura, nga mahitabo sa panahon sa pagkasunog sa carbon atomo.

Ang labing kasaligan ug yano nga pamaagi nga gigamit alang sa masa sa produksyon sa graphene, usa ka CVD-proseso. Kini mao ang usa ka paagi diin ang kemikal nga reaksyon sa taliwala sa mga metal-gibulitan catalyst ug hydrocarbon gas.

Nga og graphene?

Sa petsa, ang kinadak-ang kompaniya, og usa ka bag-o nga nanomaterial nahimutang sa China. Ang ngalan sa manggagama - Ningbo Morsh Technology. graphene produksyon sila nagsugod sa 2012.

Ang nag-unang consumer sa nanomaterial mao ang usa ka panon sa Chongqing Morsh Technology. Graphene sa paggamit niini alang sa produksyon sa conductive transparent pelikula, nga gisal-ut ngadto sa touchscreen display.

Medyo bag-o lang, usa ka iladong kompanya sa Nokia nag-isyu sa usa ka patent sa sensor nga larawan. Ingon nga bahin sa niini nga gikinahanglan kaayo ang pipila ka mga sapaw, mga haklap sa mga graphene optical instrumento elemento. Ang maong usa ka materyal nga gigamit diha sa mga sensor sa mga kamera sa hilabihan gayud nagdugang sa ilang pagbati (ngadto sa 1000 nga mga panahon). Sa samang panahon obserbahan pagkunhod sa konsumo sa elektrisidad. Maayong camera alang sa smartphone usab naglakip graphene.

Pagpangandam sa usa ka domestic nga palibot,

Mao kini nga posible nga sa pagmugna graphene sa balay? Kini turns, oo! Ikaw lang kinahanglan aron sa pagkuha sa usa ka kusina blender kapasidad sa dili ubos pa kay sa 400 W, ug mosunod sa pamaagi nga gimugna sa sa Ireland pisiko.

Unsa nga paagi nga maghimo graphene sa balay? Tungod niini nga katuyoan ang blender kopa gibubo 500 ml sa tubig pinaagi sa pagdugang 10-25 ml sa bisan unsa nga liquid detergent ug 20-50 gramo sa nahugno slate. Dugang pa sa mga lalang kinahanglan nga modagan gikan sa 10 minutos sa katunga sa usa ka oras, hangtud nga ang panagway sa usa ka slurry sa graphene flakes. Ang resulta sa materyal nga adunay usa ka hataas nga conductivity nga magtugot sa paggamit niini diha sa mga electrodes sa solar mga selula. Graphene mahimo usab sa pagpalambo sa mga kabtangan sa mga plastik nga gihimo sa mga domestic nga palibot.

oxide nanomaterial

Mga siyentipiko nga aktibong pagsusi ug graphene gambalay sa ingon nga sa sulod o sa sulab sa carbon mata sa baling ang gilakip o oksiheno-nga adunay functional mga grupo (mga) sa molekula. Kini nga lig-on nga Nano-oxide sa nga mao ang unang duha ka-dimensional hulagway, nga nakaabot sa yugto sa komersyal nga produksyon. Gikan sa nano- ug microparticles sa gambalay niini nga mga siyentipiko centimeter sample nga gipatungha.

Busa, ang graphene oxide sa kombinasyon uban sa carbon diofilizirovannym nga bag-o lang nga nakuha sa mga Chinese siyentipiko. Kini mao ang usa ka kaayo nga lightweight materyal nga centimeter cube nga gipahigayon sa mga gihay sa usa ka gamay nga bulak. Apan kining bag-ong bahandi, diin ang graphene oxide mao ang usa sa labing lig-on nga sa kalibutan.

Biomedical aplikasyon

Graphene oxide adunay usa ka talagsaon nga kabtangan sa selectivity. Kini motugot sa mga kabtangan sa pagpangita sa usa ka Biomedical aplikasyon. Busa, salamat sa buhat sa mga siyentipiko mao ang posible nga sa paggamit sa graphene oxide alang sa panghiling sa kanser. Makamatikod sa kanser sa usa ka sayo nga yugto sa iyang mga development motugot sa talagsaon Optical ug electrical kabtangan sa nanomaterial.

Usab graphene oxide nagtugot target paghatod sa droga ug diagnostics. Sa basehan sa kini nga materyal nga mga sorption biosensors, nagtudlo ngadto sa DNA molekula.

sa industriya aplikasyon

Nagkalain-laing mga sorbents base sa graphene oxide mahimong apply ngadto sa nataptan nga dezaktsivatsii natural ug hinimo sa tawo nga mga butang. Usa ka cut sa aktibo nga nanomaterial mahimo pagproseso groundwater ug nawong sa tubig, yuta ug clearing kanila gikan sa radionuclide.

Pagsala gikan sa graphene oxide makahatag superchistotoy pasikaran, nga og electronic components alang sa espesyal nga mga aplikasyon. Ang talagsaon nga mga kabtangan sa materyal nga niini nga motuhop ngadto sa lino nga fino nga kemikal dapit teknolohiya. Sa partikular, kini mahimo nga pagkuha sa radioactive nagkatibulaag ug talagsaong mga metal. Busa, ang paggamit sa graphene oxide nagtugot sa pagkuha sa bulawan gikan sa ubos-grado oro.