Graphène et son application. La découverte du graphène. La nanotechnologie dans le monde moderne

Relativement récemment en science et technologie est une nouvelle zone, appelée la nanotechnologie. Les perspectives de cette discipline est non seulement vaste. Ils sont ambitieux. La particule, dénommé « nano » est une valeur égale à un milliardième d'une fraction d'une valeur quelconque. Ces dimensions ne peuvent être comparés à la taille des atomes et des molécules. Par exemple, un nanomètre est appelé un milliardième de mètre.

La direction principale du nouveau domaine de la science

Nanotechnologie appelé ceux qui manipulent la matière au niveau des molécules et des atomes. Par conséquent, ce domaine de la science est aussi appelée la technologie moléculaire. Quelle a été l'impulsion pour son développement? La nanotechnologie dans le monde moderne ont fait leur apparition grâce aux conférences Richarda Feynmana. Dans ce document le scientifique a prouvé qu'il n'y a pas d'obstacles à la création des choses directement à partir des atomes.

Moyens pour la manipulation efficace des minuscules particules appelées assembleur. Cette nanomachine moléculaire, qui peut être utilisé pour construire une structure. Par exemple, l'assembleur peut être appelé ribosome naturel synthétiser une protéine dans les organismes vivants.

La nanotechnologie dans le monde moderne ne sont pas un seul domaine d'expertise. Ils représentent un vaste champ de recherche directement liés à de nombreuses sciences fondamentales. Parmi ceux-ci sont la physique, la chimie et la biologie. Selon les scientifiques, ces sciences auront l'élan le plus puissant au développement dans le contexte de la prochaine révolution nanotechnologique.

champ d'application

Liste toutes les sphères de l'activité humaine, où la nanotechnologie est utilisé aujourd'hui, il est impossible en raison de la liste impressionnante. Ainsi, avec l'aide de ce domaine de la science sont produits:

– des dispositifs pour l'enregistrement superdense quelconque de l'information;
– divers équipements;
– les capteurs, les cellules solaires, des transistors à semi – conducteurs;
– l'information, de l'informatique et de la technologie de l'information;
– et nanoimpression nanolithographie;
– des dispositifs de stockage d'énergie, et les piles à combustible;
– les applications de défense, l'espace et l'aviation;
– bioinstrumentary.

Sur ce domaine scientifique de la nanotechnologie en Russie, Etats-Unis, le Japon et plusieurs pays européens avec plus de financement est alloué chaque année. Cela est dû aux vastes perspectives de développement de ce domaine de la recherche.

La nanotechnologie se développe en Russie selon le programme fédéral, qui fournit non seulement de grands frais financiers, mais portant également une grande quantité de travaux de conception et de recherche. Pour atteindre les objectifs qui vont unir les efforts des différents systèmes scientifiques et technologiques au niveau des sociétés nationales et multinationales.

nouveau matériel

Les nanotechnologies ont permis aux chercheurs de produire une plaque de carbone plus dur que le diamant dont l'épaisseur est seulement un atome. Il se compose de graphène. Il est le plus mince et le matériel le plus fort dans l'univers, qui transmet l'électricité beaucoup mieux que les puces d'ordinateur de silicium.

La découverte du graphène est un véritable événement révolutionnaire, ce qui permettra à beaucoup de changement dans nos vies. Ce matériau est si les propriétés physiques uniques qui changent fondamentalement la nature humaine des choses et des substances.

Histoire de la découverte

Le graphène est un cristal à deux dimensions. Sa structure est un réseau hexagonal consistant en atomes de carbone. Les études théoriques de graphène ont commencé longtemps avant d'obtenir ses véritables desseins, car ce matériau est la base pour la construction d'un cristal de graphite en trois dimensions.

Même en 1947 G. P. Volles il a des propriétés du graphène, prouvant que sa structure est similaire, des métaux et des caractéristiques similaires à celles des particules ultra-relativistes, neutrinos et photons sans masse. Cependant, le nouveau matériel il y a certaines différences importantes qui le rendent unique dans sa nature. Mais la confirmation de ces résultats a été obtenu qu'en 2004, lorsque Konstantin Novoselov et Andrey Geim a d' abord été obtenus par le carbone à l'état libre. Cette nouvelle substance est appelée graphène, et a été un des scientifiques de découverte majeure. Trouver cet article peut être au crayon. Sa tige de graphite se compose de plusieurs couches de graphène. Comment un crayon laisse une marque sur le papier? Le fait est que, en dépit de la force des éléments de base des couches, il existe un lien très faible entre eux. Ils sont très faciles à tomber en contact avec le papier, laissant une trace écrite.

L'utilisation du nouveau matériel

Selon les scientifiques, les capteurs qui sont basés sur le graphène, être en mesure d'analyser la force et de l'état de l'avion, ainsi que de prédire les tremblements de terre. Mais seulement lorsque le matériau avec de telles propriétés laissera des laboratoires de mur magnifiques deviennent claires application pratique se développera dans le sens de la substance. À l'heure actuelle jour, chimistes, physiciens et ingénieurs électriciens sont déjà intéressés par les capacités uniques du graphène. Après quelques grammes de la substance peut être territoire couvert, égale à un terrain de football.

Graphène et son application potentiellement considérés dans la production de satellites légers et des avions. Dans ce domaine, le nouveau matériau peut remplacer les fibres de carbone dans les matériaux composites. Les nanomatériaux peuvent être utilisés au lieu des transistors en silicium et sa mise en oeuvre en plastique donnent la conductivité électrique.

Graphène et son utilisation sont considérées comme en matière de fabrication du capteur. Ces dispositifs sont formés sur la base du dernier matériel sera en mesure de détecter la molécule la plus dangereuse. Mais l'utilisation de nanopoudres dans la production de batteries électriques parfois pour augmenter leur efficacité.

Graphène et son application sont discutées dans Optoelectronics. Du nouveau matériel va se transformer en plastique très léger et durable à partir de laquelle les conteneurs permettront pendant quelques semaines pour garder la nourriture fraîche.

L'utilisation de graphène et il est prévu de fabriquer un revêtement conducteur transparent requis pour les moniteurs, les panneaux solaires et une plus forte et plus résistant aux effets mécaniques des éoliennes.

nanomatériau à base aura un meilleur équipement de sport, les implants médicaux et supercondensateurs.

En outre, le graphène et son application pertinente pour:

– haute fréquence haute puissance dispositifs électroniques;
– membrane artificielle séparant deux liquides dans le réservoir;
– améliorer les propriétés de conductivité des matériaux divers;
– la création d'un affichage sur la diode émettrice de lumière organique;
– le développement accéléré de nouvelles techniques de séquençage de l'ADN;
– l'amélioration des affichages à cristaux liquides;
– transistors balistiques.

L'utilisation dans l'industrie automobile

Selon les chercheurs, l'énergie spécifique approche du graphène 65 kWh / kg. Ce chiffre est 47 fois plus élevé que celui qui est si commun de nos jours batteries lithium-ion. Ce fait, les scientifiques ont utilisé pour créer une nouvelle génération de chargeurs de batterie.

Graphène batterie polymère – le dispositif au moyen duquel la puissance électrique maximale efficacement conservée. À l'heure actuelle, le travail sur elle est réalisée par des chercheurs dans de nombreux pays. des progrès importants accomplis scientifiques espagnols en la matière. batterie graphène-polymère, ils ont créé la consommation énergétique, des centaines de fois supérieure à un chiffre similaire pour les batteries existantes. Ils l'utilisent pour équiper les véhicules électriques. La machine, qui est installé la batterie de graphène, peut voyager sans arrêter des milliers de kilomètres. Pour recharger la source d'énergie électrique lorsque l'épuisement aura pas besoin de plus de 8 minutes.

Les écrans tactiles

Les scientifiques continuent d'explorer graphène, créant ainsi une des choses nouvelles et sans précédent. Ainsi, le nanomatériau de carbone a trouvé son application dans la production qui produit des écrans tactiles avec grand écran. Le terme peut apparaître et flexible de ce type.

Les scientifiques ont obtenu une feuille de graphène est de forme rectangulaire et transformé en une électrode transparente. Il a également participé aux travaux de l'écran tactile, ce qui réduit considérablement la durabilité, la transparence, la flexibilité, respect de l'environnement et à faible coût.

l'obtention de graphène

Depuis 2004, quand il a ouvert la plus récente des nanomatériaux, les scientifiques ont maîtrisé un certain nombre de méthodes pour sa préparation. Cependant, sont considérés comme les plus élémentaires de ces façons:

– exfoliation mécanique;
– la croissance épitaxiale sous vide;
– refroidissement perofaznogo chimique (-processus de CVD).

La première de ces trois méthodes est la plus simple. production de graphène avec exfoliation mécanique est une application particulière de graphite à la surface adhésive du ruban adhésif. Après cette base, comme une feuille de papier, de commencer à se plier et déplier, séparation de la matière souhaitée. Lors de l'application de cette méthode graphène obtenir la plus haute qualité. Cependant, de telles actions ne sont pas adaptées à la production en masse de nanomatériaux.

Lors de l'utilisation du procédé de croissance épitaxiale de plaquettes minces de silicium sont utilisées, la couche de surface qui est du carbure de silicium. En outre, ce produit est chauffé à une température très élevée (1 000 K). A la suite de réactions chimiques est séparée des atomes de silicium des atomes de carbone, dont le premier se vaporisent. En conséquence, le dossier reste pur graphène. L'inconvénient de ce procédé est la nécessité d'utiliser des températures très élevées qui peuvent se produire lors de la combustion d'atomes de carbone.

La méthode la plus fiable et simple utilisé pour la production de masse de graphène, un procédé CVD. Il existe un procédé dans lequel la réaction chimique entre les catalyseurs revêtus de métal et des gaz hydrocarbonés.

Qui produit graphène?

À ce jour, la plus grande société, produit un nouveau nanomatériau est situé en Chine. Le nom du fabricant – Ningbo Morsh Technology. la production de graphène, ils ont commencé en 2012.

Le principal consommateur de nanomatériau est une société Chongqing Morsh Technology. Graphène l'utiliser pour la production de films transparents conducteurs, qui sont insérés dans l'affichage de l'écran tactile.

Relativement récemment, une entreprise bien connue Nokia a publié un brevet sur le capteur d'image. Dans le cadre de ce grand besoin est quelques couches de l'élément d'instrument optique graphène. Un tel matériau utilisé dans les capteurs de caméras augmente considérablement leur sensibilité (jusqu'à 1000 fois). En même temps, observé une réduction de la consommation d'électricité. Bon appareil photo pour le smartphone sera également contenir graphène.

Préparation d'un environnement domestique,

Est-il possible de produire du graphène à la maison? Il se trouve, oui! Vous avez juste besoin de prendre une capacité de mélangeur de cuisine de pas moins de 400 W, et suivre la méthode développée par les physiciens irlandais.

Comment ne produire graphène à la maison? A cet effet, la cuve de mélangeur on a versé 500 ml d'eau par addition de 10-25 ml d'un détergent liquide et 20-50 grammes d'ardoise broyée. En outre, le dispositif doit être exécuté à partir de 10 minutes à une demi-heure, jusqu'à l'apparition d'une suspension de flocons de graphène. Le matériau résultant aura une conductivité élevée qui permettrait son utilisation dans les électrodes des cellules solaires. Graphène peut également améliorer les propriétés du plastique produit dans l'environnement domestique.

nanomatériau d'oxyde

Chercheurs scientifiques active et la structure de graphène de telle sorte que l'intérieur ou sur les bords du maillage de carbone est fixé ou l'oxygène contenant des groupes fonctionnels (s) de la molécule. Ce solide Nano-oxyde qui est les premières images en deux dimensions, qui ont atteint le stade de la production commerciale. De nano- et microparticules de cette structure scientifiques Centimètre échantillons produits.

Ainsi, l'oxyde de graphène en combinaison avec diofilizirovannym de carbone a récemment été obtenu par des scientifiques chinois. Ceci est un centimètre cube matériau très léger qui se tient sur les pétales d'une petite fleur. Mais cette nouvelle substance, dans lequel l'oxyde de graphène est l'un des plus solides du monde.

applications biomédicales

oxyde graphène possède une propriété unique de sélectivité. Cela permettra à la substance de trouver une application biomédicale. Ainsi, grâce au travail des scientifiques était possible d'utiliser l'oxyde de graphène pour le diagnostic du cancer. Détecter le cancer à un stade précoce de son développement permettent des propriétés optiques et électriques uniques du nanomatériau.

En outre l'oxyde de graphène permet la livraison ciblée des médicaments et des diagnostics. Sur la base de ce matériau sont biocapteurs de sorption, montrant la molécule d'ADN.

applications industrielles

Divers sorbants à base de l'oxyde de graphène peuvent être appliqués aux objets infectés dezaktsivatsii naturels et anthropiques. Une coupe de nanomatériau actif peut traiter les eaux souterraines et les eaux de surface, le sol et les dégager du radionucléide.

Filtres à partir d'oxyde de graphène peuvent fournir des locaux superchistotoy, ce qui produit des composants électroniques pour des applications spéciales. Les propriétés uniques de ce matériau pénètre dans la technologie fine sphère chimique. En particulier, cela peut être l'extraction de métaux dispersés et rares radioactifs. Ainsi, l'utilisation d'oxyde de graphène permet d'extraire l'or des minerais à faible teneur.