Новый, недавно открытый материал графен – это, по сути, тот же графит, который есть у каждого дома в карандашах. Но, ученым удалость создать очень тонкий слой этого вещества, толщиной в 1 атом, и получить в результате вещество с особыми свойствами.
Что такое графен
Графен является аллотропной модификацией углерода. Такое состояние людям известно давно. Например, тот же самый алмаз является углеродом, но с особой кристаллической структурой. Аналогично этой ситуации – монослой графита представляет собой графен.
Как был получен графен
Долгое время считалось, что получить графен невозможно. Теоретические расчеты, сделанные в 30-х годах прошлого века, показывали, что монослой графита не может быть стабильным. Физическим аналогом графена является обычная пищевая пленка. Если вы возьмете ее кусочек, то она будет стремиться непременно скомкаться. Точно также ведет себя графен. В свободном пространстве он стремится собраться в комок, после чего превращается, по сути, в графит.
В 2004 году двое ученых – Андрей Гейм и Константин Новоселов нашли способ получения графена. Метод оказался настолько прост, что его может повторить любой в домашних условиях с помощью скотча. Ученые получили за свое открытие Нобелевскую премию.
Получение графена методом скотча
Чтобы повторить эксперимент Нобелевских лауреатов, понадобится скотч и кусочек графита. Скотч нужно приклеить на графит. Когда вы отдерете пленку от материала, на ней останется слой вещества. Но, он будет еще недостаточно тонким, чтобы называться графеном и получить уникальные свойства. Этот слой нужно еще несколько раз снять другой лентой скотча, пока не останется слой вещества толщиной в 1 атом, рассмотреть который можно лишь в микроскоп.
Свойства графена
Интерес ученых к графену вызван рядом его уникальных свойств. Этот материал по факту:
- В 300 раз прочнее стали. Это действительно очень прочный материал. Но, нужно понимать, что когда его сравнивают со сталью, то имеется в виду не та сталь, что используется для создания металлоконструкций. Речь идет о монослое стали. Причина прочности кроется в особой кристаллической решетке. Она представляет собой структуру в виде сот с атомом углерода на каждом узелке. Это идеальное строение решетки, не оставляющее пустых пространств.
- Обладает очень высокой электропроводностью. Графеновая пленка имеет очень высокую скорость движения заряда. Это достигается за счет ее тонкости. Электрод при движении по ней не находит никаких преград. Это важное свойство для электроники. Процессоры на графене могут работать в тысячи раз быстрее устройств, созданных на базе кремния.
- Высокая гибкость. Она также достигается за счет очень малой толщины материала и особенностей его кристаллической структуры. Это свойство потенциально может использоваться для создания гибкой электроники (телефонов, телевизоров и т. д).
- Максимально достигнутая теплопроводность.
- Большая площадь поверхности. Теоретически всего 15 килограмм графена могут покрыть все планшеты, телефоны и другие сенсорные экраны в мире тончайшей пленкой.
Где применяется графен
На данный момент уже известно о том, что с графеном выпускают:
- Одежду.
- Очки.
- Наушники и другие изделия.
Например, если вы напишите на популярной торговой площадке Алиэкспресс запрос со словом графен, то в результатах поиска вы увидите немало наименований продукции. Конечно, не факт, что это материал присутствует в них действительно. Это может быть элементарным способом привлечь покупателя.
Почему свойства графена еще не используются в массовом производстве
Развитие технологий – это процесс не быстрый и постепенный. Например, пластик стал популярным лишь через 20-30 лет после того, как был придуман. Кремниевые процессоры внедрялись в массовое производство около 40 лет. Такая же ситуация сложилась с полупроводниками и светодиодами. Причем, для развития этих технологий потребовались большие финансовые вложения.
Так как графен был открыт лишь в 2004 году, а первая продукция на его основе была выпущена в 2015 году, то нам предстоит еще подождать, пока он станет применяться массово.
Трудности массового производства заключаются в том, что еще не найден способ производства этого материала в больших количествах по приемлемой цене. На сегодняшний день цена графена довольно высока. Всего несколько дюймов этой тончайшей пленки стоит более 100 долларов. Поэтому, не стоит ждать, что в ближайшие годы мы увидим массу новых продуктов на основе графена. Но, постепенно их будет появляться все больше. Следовательно, с их приходом, наша жизнь будет становиться комфортнее.
