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Il grafene e la sua applicazione. La scoperta del grafene. La nanotecnologia nel mondo moderno

Relativamente recenti in Scienza e Tecnologia è una nuova area, denominata nanotecnologie. Le prospettive per questa disciplina non è solo vasto. Essi sono ambiziosi. La particella, denominato "nano" è un valore pari a un miliardesimo di una frazione di qualsiasi valore. Queste dimensioni possono essere confrontati solo alle dimensioni di atomi e molecole. Ad esempio, un nanometro è chiamato a un miliardesimo di metro.


La direzione principale del nuovo campo della scienza

Nanotecnologie chiamato quelli che manipolano la materia a livello di molecole e atomi. Pertanto, questo settore della scienza è chiamata anche la tecnologia molecolare. Qual è stato l'impulso per il suo sviluppo? La nanotecnologia nel mondo moderno sono apparsi grazie alle lezioni Richarda Feynmana. In essa lo scienziato ha dimostrato che non vi siano ostacoli alla creazione di cose direttamente dagli atomi.

Mezzi per efficace manipolazione di minuscole particelle chiamate assemblatore. Questo nanomachine molecolare, che può essere utilizzato per costruire qualsiasi struttura. Ad esempio, l'assemblatore può essere chiamata ribosoma naturale sintetizzare una proteina negli organismi viventi.

La nanotecnologia nel mondo moderno non sono solo una singola area di competenza. Essi rappresentano una vasta gamma di ricerche direttamente connesse con molte scienze fondamentali. Tra loro ci sono la fisica, la chimica e la biologia. Secondo gli scienziati, queste scienze avranno il più potente impulso allo sviluppo, sullo sfondo della rivoluzione nanotecnologica a venire.

ambito di applicazione

Elencare tutte le sfere dell'attività umana, dove oggi la nanotecnologia viene utilizzato, non è possibile a causa della lista molto impressionante. Così, con l'aiuto di questo campo della scienza vengono prodotti:

– dispositivi per la registrazione superdensa qualsiasi informazione;
– attrezzature varie;
– sensori, celle solari, transistori a semiconduttore;
– informazioni, l'informatica e le tecnologie dell'informazione;
– nanoimprint e nanolitografia;
– dispositivi per immagazzinare energia e celle a combustibile;
– applicazioni di difesa, spazio e aviazione;
– bioinstrumentary.

Su questo campo scientifico delle nanotecnologie in Russia, Stati Uniti, Giappone e diversi paesi europei con più finanziamenti è assegnato ogni anno. Ciò è dovuto alle vaste prospettive per lo sviluppo di questo ambito di ricerca.

La nanotecnologia sta sviluppando in Russia secondo il programma di destinazione federale, che fornisce non solo i grandi costi finanziari, ma anche portando una grande quantità di progettazione e di ricerca opere. Per raggiungere gli obiettivi che vanno a unire gli sforzi dei vari sistemi scientifici e tecnologici a livello di società nazionali e multinazionali.

nuovo materiale

Nanotecnologie hanno permesso agli scienziati di produrre una piastra di carbonio duro del diamante il cui spessore è solo atomo. Si compone di grafene. È il materiale più sottile e più forte dell'universo, che trasmette elettricità molto meglio di chip per computer silicio.

La scoperta del grafene è un vero e proprio evento rivoluzionario, che permetterà molto cambiamento nella nostra vita. Questo materiale è così uniche proprietà fisiche che cambia fondamentalmente la natura umana di cose e sostanze.

La storia della scoperta

Il grafene è un cristallo bidimensionale. La sua struttura è un reticolo esagonale costituito da atomi di carbonio. Studi teorici di grafene hanno iniziato a lungo prima di ottenere i suoi veri disegni, poiché questo materiale è la base per la costruzione di un cristallo di grafite tridimensionale.

Anche nel 1947 G. P. Volles ha alcune proprietà di grafene, dimostrando che la struttura di metalli simili, e alcune caratteristiche simili a quelle delle particelle ultra-relativistico, neutrini e fotoni massa nulla. Tuttavia, il nuovo materiale ci sono alcune differenze significative che lo rendono unico nella sua natura. Ma la conferma di questi risultati è stata ottenuta solo nel 2004, quando Konstantin Novoselov e Andrey Geim è stato ottenuto prima con il carbonio allo stato libero. Questa nuova sostanza è chiamato grafene, ed è stato uno dei principali scienziati scoperta. Trova questo articolo può essere a matita. Suo stelo grafite è costituito da più strati di grafene. Come fa una matita lascia un segno sulla carta? Il fatto è che, nonostante la forza dei componenti principali degli strati, esiste un legame molto debole tra loro. Sono molto facile cadere in contatto con la carta, lasciando una scia per iscritto.

Utilizzando il nuovo materiale

Secondo gli scienziati, i sensori che si basano sul grafene, essere in grado di analizzare la forza e la condizione del velivolo, nonché di prevedere i terremoti. Ma solo se il materiale con tali proprietà lascerà laboratori parete stordimento diventano chiare applicazione pratica si svilupperà nella direzione della sostanza. Allo stato attuale giorno, chimici, fisici e ingegneri elettrici sono già interessati le capacità uniche del grafene. Dopo pochi grammi della sostanza possono essere coperti territorio, pari ad un campo di calcio.

Grafene e la sua applicazione potenzialmente considerati nella produzione di satelliti leggeri e aerei. In questa zona, il nuovo materiale può sostituire le fibre di carbonio nei materiali compositi. Nanomateriali possono essere utilizzati al posto dei transistor di silicio e la sua attuazione in plastica conferiscono conduttività elettrica.

Grafene e il suo uso sono considerate nella fabbricazione sensore materia. Questi dispositivi si formano sulla base dell'ultimo materiale sarà in grado di rilevare la molecola più pericolosa. Ma l'uso di nano-polveri nella produzione di batterie elettriche, a volte per aumentare la loro efficacia.

Grafene e la sua applicazione sono discussi in optoelettronica. Del nuovo materiale si rivelerà plastica molto leggero e resistente da cui i contenitori permetteranno per un paio di settimane per mantenere fresco il cibo.

L'uso di grafene e si prevede la produzione di un rivestimento conduttivo trasparente richiesto per monitor, pannelli solari e un più forte e più resistente agli effetti meccanici delle turbine eoliche.

nanomateriale basato avrà una migliore attrezzature sportive, impianti medici e supercondensatori.

Inoltre, il grafene e la sua domanda in tal senso:

– dispositivi elettronici ad alta frequenza ad alta potenza;
– membrana artificiale che separa due liquido nel serbatoio;
– migliorare le proprietà di conducibilità di vari materiali;
– creazione di un display sul diodo organico elettroluminescente;
– accelerare lo sviluppo di nuove tecniche di sequenziamento del DNA;
– miglioramento degli schermi a cristalli liquidi;
– transistor balistici.

L'uso nell'industria automobilistica

Secondo i ricercatori, l'energia specifica si avvicina al grafene 65 kWh / kg. Questa figura è 47 volte superiore a quella che oggigiorno molto comuni batterie al litio. Questo fatto, gli scienziati hanno utilizzato per creare una nuova generazione di caricabatterie.

Grafene batteria del polimero – dispositivo per mezzo del quale la potenza elettrica massima efficienza mantenuto. Attualmente, il lavoro su di esso è effettuato da ricercatori in molti paesi. significativi progressi compiuti scienziati spagnoli in questa materia. batteria grafene-polimero, che ha creato il consumo energetico, centinaia di volte maggiore di una figura analoga per batterie esistenti. L'usano per equipaggiare i veicoli elettrici. La macchina, che viene installato batteria grafene, può viaggiare senza fermarsi migliaia di chilometri. Per ricaricare la fonte di energia elettrica quando la stanchezza avrà bisogno di non più di 8 minuti.

touchscreen

Gli scienziati continuano ad esplorare grafene, la creazione di un nuovo e senza precedenti le cose. Così, il nanomateriale in carbonio ha trovato la sua applicazione nella produzione che produce touch screen con schermo ampio. Il termine può apparire e dispositivo flessibile di questo tipo.

Gli scienziati hanno ottenuto un foglio di grafene è di forma rettangolare e trasformato in un elettrodo trasparente. Ha inoltre partecipato ai lavori del touch screen, riducendo notevolmente la durata, trasparenza, flessibilità, compatibilità ambientale e basso costo.

l'ottenimento di grafene

Dal 2004, quando è stato aperto il nuovo nanomateriali, gli scienziati hanno imparato una serie di metodi per la sua preparazione. Tuttavia, il più fondamentale di questi modi sono considerati:

– esfoliazione meccanica;
– crescita epitassiale sotto vuoto;
– raffreddamento perofaznogo chimici (CVD-processo).

Il primo di questi tre metodi è la più semplice. produzione grafene con esfoliazione meccanica è una speciale applicazione di grafite alla superficie adesiva del nastro adesivo. Dopo questa base, come un foglio di carta, inizia a piegare e raddrizzare, separando il materiale desiderato. Quando si applica questo metodo grafene ottenere la più alta qualità. Tuttavia, tali azioni non sono adatti per la produzione di massa di nanomateriali.

Quando si utilizza il metodo di crescita epitassiale di wafer di silicio sottili vengono utilizzati, lo strato superficiale che è il carburo di silicio. Inoltre, questo materiale viene riscaldato ad una temperatura molto elevata (1000 K). Come risultato di reazioni chimiche è separato dagli atomi di silicio di atomi di carbonio, il primo dei quali evaporano. Di conseguenza, il record rimane pura grafene. Lo svantaggio di questo metodo è la necessità di usare temperature molto elevate, che possono verificarsi durante la combustione degli atomi di carbonio.

Il metodo più semplice ed affidabile utilizzato per la produzione di massa di grafene, un CVD-processo. È un metodo in cui la reazione chimica tra i gas idrocarburici catalizzatore e metallizzati.

Che produce grafene?

Fino ad oggi, la più grande azienda, produce un nuovo nanomateriale si trova in Cina. Il nome del produttore – Ningbo Morsh Technology. produzione di grafene hanno iniziato nel 2012.

Il principale consumatore di nanomateriale è una società di Chongqing Morsh Technology. Grafene uso per la produzione di film trasparenti conduttori, che vengono inseriti nella display touchscreen.

In tempi relativamente recenti, una nota azienda Nokia ha rilasciato un brevetto sul sensore d'immagine. Come parte di questo tanto necessaria è alcuni strati di grafene elemento strumento ottico. Tale materiale utilizzato nei sensori di telecamere aumenta notevolmente la loro sensibilità (fino a 1000 volte). Allo stesso tempo, riduzione dei consumi di energia elettrica osservato. Buona fotocamera per lo smartphone conterrà anche grafene.

Preparazione di un ambiente domestico,

E 'possibile produrre grafene in casa? Si scopre, sì! Hai solo bisogno di prendere una capacità frullatore da cucina non inferiore a 400 W, e seguire il metodo sviluppato dai fisici irlandesi.

Come ha fatto produrre grafene in casa? A tale scopo la coppa fu versata frullatore 500 ml di acqua con l'aggiunta di 10-25 ml di qualsiasi liquido detergente e 20-50 grammi di ardesia schiacciato. Inoltre il dispositivo deve essere eseguito da 10 minuti a mezz'ora, fino alla comparsa di una sospensione di fiocchi di grafene. Il materiale risultante avrà una elevata conduttività che permetta l'uso negli elettrodi di celle solari. Grafene può anche migliorare le proprietà di plastica prodotta nell'ambiente domestico.

nanomateriale ossido

Ricercatori attivamente e struttura grafene tale che all'interno o sui bordi della maglia carbonio è collegata o gruppi funzionali contenenti ossigeno (s) della molecola. Questo solido Nano-ossido dei quali è le prime immagini bidimensionali, che hanno raggiunto la fase di produzione commerciale. Da nano e microparticelle di tale struttura scienziati centimetro campioni prodotti.

Così, l'ossido grafene in combinazione con diofilizirovannym carbonio è stato recentemente ottenuta da scienziati cinesi. Questo è molto leggero centimetro cubo di materiale che si tiene i petali di un piccolo fiore. Ma questa nuova sostanza, in cui l'ossido di grafene è uno dei più solidi del mondo.

applicazioni biomediche

ossido di grafene ha una proprietà unica di selettività. Questo permetterà la sostanza di trovare un'applicazione biomedica. Così, grazie al lavoro degli scienziati è stato possibile utilizzare l'ossido di grafene per la diagnosi del cancro. Rilevare il cancro in una fase iniziale del suo sviluppo permettono proprietà ottiche ed elettriche uniche del nanomateriale.

Anche l'ossido di grafene permette la somministrazione mirata di farmaci e la diagnostica. Sulla base di questo materiale sono biosensori assorbimento, indicando la molecola di DNA.

applicazioni industriali

Vari sorbenti a base di ossido di grafene possono essere applicati agli oggetti naturali e artificiali dezaktsivatsii infetti. Un taglio di nanomateriale attivo può elaborare sotterranee e superficiali, suolo e la loro liquidazione dal radionuclide.

Filtro di ossido di grafene possono fornire locali superchistotoy, che produce componenti elettronici per applicazioni speciali. Le proprietà uniche di questo materiale penetra dentro la tecnologia multa settore chimico. In particolare, questo può essere l'estrazione di metalli sparsi e rari radioattivi. Pertanto, l'uso di ossido di grafene permette di estrarre l'oro da minerali di basso grado.