Этот материал открыли несколько десятилетий назад, но лишь пять лет тому его научились добывать в микроскопических объемах. Графен сразу стал одним из самых перспективных материалов для многих применений благодаря сочетанию уникальных свойств. Попробуем разобраться, для чего может пригодиться этот материал, который еще иногда называют чудо-веществом. Ведь он наконец-то стал значительно ближе к массовому производству.
Графен является самым прочным (в 200 раз лучше стали) и самым тонким материалом на планете (один грамм покроет десятки футбольных полей). Это одна из форм углерода, которая проводит тепло и электричество лучше всех. Благодаря этому он является очень перспективным направлением для электроники. Гибкие устройства, квантовые компьютеры, «умная одежда» – это все о нем. Кроме этого, графен не только самый прочный материал на планете, но еще и гибкий. При этом он мало весит, ведь его толщина составляет всего один атом.
Революцией в истории графена можно считать 2010 год, когда два физика из Университета Манчестера получили Нобелевскую премию. Тогда они научились добывать микроскопические чешуйки графена. Для науки, чтобы выявить его свойства, таких объемов достаточно. А вот для промышленности этого было определенно мало.
«Графен является одним из немногих материалов в мире, который прозрачен, проводит электричество и гибкий – и это все в одно время, – говорит доктор Университета Манчестера Аравинд Виярагхаван. – Все эти свойства в одном материале встречаются крайне редко»
Куда пристроить графен
Когда удалось измерить физические свойства графена, физики сразу отметили, что он хорошо подходит для электроники. Гаджеты на графеновых транзисторах будут тоньше, быстрее и дешевле, чем любое устройство на кремнии. К тому же они еще будут прозрачными и гибкими. Например, одним из потенциальных применений графена являются мощные аккумуляторы, которые не боятся погружения в воду.
Ученые уже пытаются извлечь из этого углеродного материала пользу. Так, в 2011 году исследователи из Северозападного университета США создали батарею на основе кремния и графена. Предварительные оценки ее возможностей показали, что телефон с таким аккумулятором работал бы неделю и заряжался всего за 15 минут.
Американское химическое общество заявило, что новые достижения в освоении графена могут привести к появлению телефонов толщиной с лист бумаги, которые можно сгибать, чтобы положить в карман. А доктор Виярагхаван занимается разработкой датчиков на базе этого материала, включая биосенсоры и фотоэлементы.
Графен шагает к массовому производству
Все эти разработки оставались исключительно академическими достижениями до недавнего времени. Причиной была недоступность самого графена в больших количествах. Однако на прошлой недели исследователи из Института технологий Samsung придумали, как получать чистый графен на подложках из кремния. Его затем можно использовать для производства графеновых транзисторов. По словам Samsung, это позволяет наладить производство гибких дисплеев, носимых устройств и нового поколения электроники.
«Это один из самых значительных прорывов в истории исследования графена, – отметил один из сотрудников лаборатории Samsung. – Мы ожидаем, что наше открытие ускорит коммерческое использование графена, и это откроет следующую эру в потребительской электронике».
Samsung хотя стала первой, но была не единственной, кто работал над графеном. Им еще занимались в IBM, Nokia и SanDisk.
Графен – чудо-материал
Несмотря на десятилетия исследований, ученые до сих пор не перестают удивляться свойствам этого материала. Один из них – профессор механики и инженерии в Университете Колумбии Джеймс Хон. Его лаборатория открыла свойство графена растягиваться на 20% и при этом не терять электрической проводимости.
«Вы знаете, какой еще материал способен растягиваться на 20%? Резина, – говорит ученый. – Для сравнения, популярный сегодня в электронике кремний может растягиваться перед разрушением всего на 1%. И это лишь одно из удивительных свойств графена».
Еще одно свойство этого материала может порадовать не только ученых, но и маркетологов, пользователей, производителей и многих других. Ведь углерод – один из самых распространенных элементов, а поэтому графен обещает быть дешевым.
Из графена будут делать даже медицинские имплантаты, ведь его можно погружать в жидкость, и он не будет окисляться, в отличие от других электропроводных материалов. Доктор Виярагхаван говорит, что это может привести к появлению нового типа гаджетов. Например, таких, которые будут читать нервную систему человека или общаться с клетками его тела.
Из-за того, что сегодняшняя электроника слишком плотно привязана к кремнию, изделия из нового материала могут сперва появиться в других областях. Например, автопроизводители хотят строить из него автомобильные кузова, которые будут заряжать батареи. А самолеты станут благодаря графену значительно легче и прочнее.
По материалам: NY Times
