Grafen və onun istifadəsi. Grapenin aşkarlanması. Müasir dünyada nanotexnologiya

Daha yaxınlarda nanotexnologiya adlanan elm və texnologiyada yeni bir sahə ortaya çıxdı. Bu intizamın perspektivləri yalnız böyük deyil. Onlar möhtəşəmdirlər. "Nano" adlanan bir hissəcik hər hansı bir dəyərin bir milyardıncı hissəsinə bərabərdir. Belə ölçülər yalnız atom və molekulların ölçüləri ilə müqayisə edilə bilər. Məsələn, metronun bir milyardıncı hissəsinə nanometr deyilir.

Yeni elm sahəsinin əsas istiqaməti

Nanotexnologiya maddəni molekulların və atomların səviyyəsində manipulyasiya edənlərə aiddir. Bu baxımdan, elm bu sahəsi də molekulyar texnologiya adlanır. Onun inkişafı üçün təkan nə idi? Müasir dünyada nanotexnologiya Richard Feynman tərəfindən təşkil edilən bir mühazirə sayəsində ortaya çıxdı . Bunda alim, şeyləri birbaşa atomlardan yaratmaq üçün heç bir maneə olmadığını sübut etdi.

Ən kiçik hissəciklərin səmərəli manipulyasiya edilməsi üçün alətə assembler deyildi. Bu molekulyar bir nanomachindir ki, onunla hər hansı bir struktur qura bilərsiniz. Məsələn, təbii assembler canlı orqanizmlərdə zülal sintez edən bir ribozom adlandırıla bilər.

Müasir dünyada nanotexnologiya yalnız ayrı bir məlumat sahəsidir. Onlar bir çox fundamental elmlərlə birbaşa əlaqəli geniş tədqiqat sahəsini təmsil edirlər. Onların arasında fizika, kimya və biologiya var. Elm adamlarının fikrincə, bu elmlər gələcək nanotexnologiya inqilabının fonunda inkişafa ən güclü təkan verəcəkdir.

Tətbiq sahəsi

Nanotexnologiyanın bu gün istifadə edildiyi insan fəaliyyətinin bütün sahələrini, çox təsir edici bir siyahısı səbəbiylə qeyri-mümkündür. Beləliklə, bu elm sahəsinin köməyi ilə aşağıdakılar istehsal olunur:

- hər hansı bir məlumatın super yoğun qeydiyyatı üçün nəzərdə tutulmuş qurğular;
- Müxtəlif video avadanlıqları;
- sensorlar, günəş hüceyrələri, yarımkeçirici transistorlar;
- informasiya, hesablama və informasiya texnologiyaları;
- nanoimetrinq və nanolitoqrafiya;
- enerji saxlamaq üçün nəzərdə tutulmuş qurğu və yanacaq hüceyrələri;
- müdafiə, yer və aviasiya tətbiqləri;
- bioinstrumentary.

Nanotexnologiya kimi elmi bir sahədə Rusiyada, ABŞ-da, Yaponiyada və bir sıra Avropa ölkələrində hər il daha çox maliyyə vəsaiti ayrılır. Bu, tədqiqat sahəsinin inkişafı üçün geniş perspektivlərdəndir.

Rusiyada nanotexnologiyalar hədəf Federal proqrama görə inkişaf edir, bu da böyük maliyyə xərclərini deyil, çox sayda dizayn və tədqiqat işlərini təmin edir. Müəyyən olunmuş vəzifələri həyata keçirmək üçün müxtəlif elmi və texnoloji komplekslərin səyləri milli və transmilli korporasiyalar səviyyəsində birləşdirilir.

Yeni material

Nanotexnologiya elm adamlarına bir qalınlığının yalnız bir atom olduğu bir almazdan daha çətin bir karbon plitası istehsal etməyə icazə verdi. Grafendən ibarətdir. Silikon kompüter çiplərindən daha yaxşı elektrik enerjisi verən bütün kainatda ən incə və ən davamlı materialdır.

Grafenanın kəşf edilməsi bizim həyatımızda bir çox şeyi dəyişməyə imkan verəcək bir real inqilabi hadisə sayılır. Bu maddi bənzərsiz fiziki xüsusiyyətlərə malikdir ki, bu, insanın ideyalarını və maddələrinin təbiətini əsaslı şəkildə dəyişir.

Kəşf tarixi

Grafen iki ölçülü kristaldır. Quruluşu karbon atomlarından ibarət altıbucaqlı bir qəfəsdir. Grafonun nəzəri tədqiqatları əsl nümunələrin istehsalından çox əvvəl başladı, çünki bu material üç ölçülü qrafit kristalının qurulması üçün əsasdır.

1947-ci ildən əvvəl P. Volles grafenin bəzi xüsusiyyətlərinə işarə edərək, strukturunun metallara bənzər olduğunu sübut etdi və bəzi xüsusiyyətlər ultrabənövşəyi hissəciklər, neytronlar və kütsiz fotonlar ilə bənzərlərə aiddir. Bununla yanaşı, yeni material təbiətində unikal olan bir sıra əhəmiyyətli fərqlərə malikdir. Lakin bu nəticələrin təsdiqlənməsi yalnız Konstantin Novoselov və Andrey Geim ilk dəfə karbonun azad dövlətdə əldə etdiyi 2004-cü ildə qəbul edilib. Grafen adlanan bu yeni maddə, alimlərin böyük bir kəşfinə çevrildi. Bu məqaləni bir qələmlə tapın. Grafit nüvəsi çox miqdarda grafendən ibarətdir. Qələm kağız üzərində necə bir iz qoyur? Əslində, təbəqələrin tərkib hissələrinin gücünə baxmayaraq, onların arasında çox zəif bağlar vardır. Onlar yazılı zaman bir iz buraxaraq, kağız ilə əlaqə gəldikdə parçalamaq üçün çox asandır.

Yeni materialların istifadəsi

Alimlərin fikrincə, grafenə əsaslanan sensorlar təyyarənin gücünü və vəziyyətini təhlil edə, həmçinin zəlzələlərin proqnozlaşdırılmasına imkan verəcəklər. Amma belə böyük xüsusiyyətlərə sahib olan materiallar laboratoriyaların divarlarını tərk etdikdə, bu maddənin praktik tətbiqi hansı istiqamətdə inkişaf edəcəyini dəqiqləşdirir. Bu günə qədər kimyaçılar, fiziklər və elektron mühəndislər grafenlərin unikal imkanları ilə maraqlanırlar. Nəhayət, bu maddənin bir neçə qramı futbol sahəsinə bərabər bir ərazini əhatə edə bilər.

Grafen və onun istifadəsi yüngül peyklər və təyyarələrin istehsalında potensial olaraq nəzərdən keçirilir. Bu sahədə yeni material karbon lifləri kompozit materiallarda əvəz edə bilər . Nanosubstance tranzistorlarda silikon yerinə tətbiq edilə bilər və plastikə daxil edilməsi elektrik keçiriciliyi təmin edəcəkdir.

Graphene və tətbiqi də sensorlar istehsalında nəzərə alınır. Ən son materiallara əsaslanan bu qurğular ən təhlükəli molekulları aşkar edə biləcəklər. Lakin elektrikli batareyaların istehsalı zamanı nanosubsendən tozdan istifadə edilməsi onların effektivliyini artırır.

Grafen və onun tətbiqi optoelektronikada nəzərdən keçirilir. Yeni materialdan çox yüngül və davamlı plastik olacaq, konteynerlər bir neçə həftə məhsullarını təzə saxlamağa imkan verəcəkdir.

Grafenlərin istifadəsi də monitorlar, günəş hüceyrələri və yel dəyirmanlarının mexaniki təsirlərinə qarşı daha güclü və daha davamlı olan şəffaf keçirici örtük istehsalı üçün nəzərdə tutulub.

Nanomaterial əsasında ən yaxşı idman avadanlıqları, tibbi implantlar və supercapacitors əldə ediləcək.

Həm də graphene və onun tətbiqi aşağıdakılardır:

- Yüksək tezlikli yüksək güclü elektron cihazları;
- su anbarında iki mayenin ayrılmasını təmin edən süni membranlar;
- müxtəlif materialların keçirilməsini yaxşılaşdırmaq;
- üzvi işıq diodlarında ekran yaratmaq;
- sürətləndirilmiş DNT sıralaması üçün yeni texnikanın mənimsənilməsi;
- maye kristal displeylərin təkmilləşdirilməsi;
- ballistik tranzistorların yaradılması.

Avtomobil sənayesində istifadə edin

Tədqiqatçıların dediyinə görə, grafenin xüsusi enerji intensivliyi 65 kVt / kiloqrama yaxınlaşır. Bu rəqəm hazırda lityum-ion batareyaları qədər yayılmış olandan 47 dəfə yüksəkdir. Bu fakt alimlər yeni nəsil şarj qurğuları yaratmaq üçün istifadə olunurdu.

Graphene-polimer batareyası vasitəsilə elektrik enerjisi mümkün qədər səmərəli saxlanılan bir cihazdır. Hazırda bunun üzərində iş bir çox ölkədən olan tədqiqatçılar tərəfindən aparılır. İspan alimləri bu məsələdə böyük uğurlar qazandılar. Onların yaratdığı grafen polimer batareyası mövcud batareyalar üçün oxşar rəqəmdən yüzlərlə dəfə çox olan bir enerji tutumuna malikdir. Elektrikli nəqliyyat vasitələrini təchiz etmək üçün istifadə edirlər. Grafen akkumulyatorunun quraşdırıldığı maşın, dayanmadan min kilometr keçə bilər. Enerji mənbəyi tükənən zaman bir elektrik vasitəsini doldurmaq üçün 8 dəqiqədən çox vaxt aparılacaq.

Touchscreens

Alimlər yeni və misilsiz şeylər yaradaraq grafenanı araşdırmağa davam edirlər. Beləliklə, karbon nanomaterialları böyük diaqonalı sensorlu ekranlar istehsal edən istehsalda tətbiqini tapdı. Gələcəkdə bu cür çevik bir cihaz görünə bilər.

Alimlər düzbucaqlı bir grafen təbəqə əldə etmiş və şəffaf bir elektrod halına gətirmişlər. Dokunmatik ekranın işlədilməsinə, onun davamlılığı, şəffaflığın artırılması, rahatlıq, ətraf mühitə uyğunluq və aşağı qiymətə görə fərqlənən iştirakçıdır.

Graphene əldə

Ən yeni nanomaterial aşkar edildikdən sonra 2004-cü ildən etibarən elm adamları onu əldə etmək üçün bir sıra üsulları işlətmişlər. Lakin, bu metodların ən əsasları aşağıdakılardır:

- mexaniki aşınma;
- vacuumda epitaksial artım;
- kimyəvi fazdan-faza soyutma (CVD prosesi).

Bu üç metoddan birincisi ən sadədir. Mexanik aşınma vəziyyətində grafen istehsalı, izolyasiya tapesinin yapışan səthinə xüsusi qrafitin tətbiqidir. Bundan sonra, baza kağız kağız kimi, istənilən materialı ayıran və bükülmədən başlayır. Bu üsul istifadə edildikdə, grafen ən yüksək keyfiyyətə malikdir. Ancaq bu cür hərəkətlər bu nanomaterialın kütləvi istehsalına uyğun deyil.

Epitaksial böyümə metodunu istifadə edərkən, silikon karbür olan səth təbəqəsi istifadə olunan silikon plitələrdən istifadə olunur. Bundan əlavə, bu material çox yüksək temperaturda (1000 K qədər) qızdırılır. Kimyəvi reaksiya nəticəsində silikon atomları birincisi buxarlanaraq karbon atomlarından ayrılır. Nəticədə, təmiz graphene plitə qalır. Bu metodun bir dezavantajı, karbon atomlarının yanmasının baş verə biləcəyi yüksək temperaturdan istifadə etməkdir.

Grapenin kütləvi istehsalında istifadə edilən ən etibarlı və sadə metod CVD prosesidir. Metal örtük katalizatoru və karbohidrogen qazları arasında kimyəvi reaksiyanın baş verdiyi bir üsuldur.

Graphene istehsalı harada?

Bu günə qədər yeni nanomateriallar istehsal edən ən böyük şirkət Çindir. Bu istehsalçının adı Ningbo Morsh Technology. Grafen istehsalı 2012-ci ildə özü tərəfindən başladı.

Nanomaterialların əsas istehlakçısı Chongqing Morsh Technology şirkətidir. Graphene, toxunma ekranlarına yerləşdirilən şəffaf filmləri istehsal etmək üçün istifadə olunur.

Daha yaxınlarda tanınmış Nokia fotosensitiv matris üçün patent vermişdi. Optik qurğular üçün bu elementin tərkibində bir neçə qat grafen var. Kamera sensörlərində istifadə edilən bu material, onların fotosensitivliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır (1000 dəfə). Eyni zamanda elektrik istehlakında azalma var. Bir smartphone üçün yaxşı bir kamera da graphene ehtiva edəcək.

Evdə olma

Evdə grafen edə bilərəmmi? Çıxar, bəli! Yalnız ən azı 400 W gücündə bir mətbəx qarışdırıcı almaq və İrlandiyalı fiziklər tərəfindən hazırlanmış texnika edin.

Evdə grafen etmək necə? Bunu etmək üçün, hər hansı bir deterjanın 10-25 mililitərinə və 20-50 qr çınqıl slaydına əlavə olaraq, 500 ml su qarışdırıcı qaba tökülür. Sonra qurğunun 10 dəqiqədən yarım saat arasında, grafen tərəzi susuzluğunun görünüşünə qədər işləməlidir. Nəticədə çıxarılan material fotosel elektrodlarında istifadə etməyə imkan verəcək yüksək ötürücülüyə malikdir. Gündəlik şəraitdə istehsal edilən graphene plastik xüsusiyyətlərini inkişaf etdirə bilir.

Nanomaterial oksidləri

Alimlər fəal şəkildə araşdırırlar və karbon karbonlarının kənarlarında və ya kənarlarında oksigen tərkibli funksional qruplar və ya (və) molekulları əlavə edən bir grafen strukturu var. Bu, kommersiya istehsalı mərhələsinə çatan ilk iki ölçülü material olan ən nanosubstance oksididir. Bu strukturun nanopartiküllərindən və mikropartiküllərindən elm adamları santimetr nümunələri hazırlamışlar.

Beləliklə, diofilizirovannym karbon ilə birlikdə graphene oxide yaxın zamanda Çinli alimlər tərəfindən qəbul edildi. Bu kiçik bir çiçəyin ləçəklərində bir çox santimetr kubundan çox yüngül bir materialdır. Amma grafen oksidin yerləşdiyi yeni maddə dünyanın ən möhkəmlərindən biridir.

Biyomedikal tətbiqlər

Graphene oxide selektivliyin unikal xüsusiyyətinə malikdir. Bu, bu maddəyə bir biyomedikal tətbiq tapmağa imkan verir. Beləliklə, elm adamlarının işi sayəsində xərçəng diaqnozu üçün grafen oksidin istifadə edilməsi mümkün oldu. Onun inkişafının erkən mərhələlərində malign bir şişin aşkar edilməsi üçün nanomaterialın unikal optik və elektrik xüsusiyyətləri təmin edilir.

Graphene oxide həmçinin dərman vasitələrinin və diaqnostik məhsulların ünvanlı çatdırılmasına imkan verir. Bu maddəyə əsasən, DNT molekullarına işarə edən sorbsiya biosensorları yaranır.

Sənaye tətbiqi

Graphene oxide əsaslanan müxtəlif sorbentlər yoluxmuş texnogen və təbii obyektləri söndürmək üçün istifadə edilə bilər. Üstəlik, bu nanomaterial yeraltı və yerüstü suları, torpaqlar da radionuklidlərin təmizlənməsi ilə işləyə bilər.

Graphene oxide filtreler xüsusi təyinatlı elektron komponentlərin istehsal olunduğu super təmiz otaqları təmin edə bilər. Bu materialın unikal xüsusiyyətləri kimyəvi sahənin incə texnologiyalarına nüfuz etməyə imkan verir. Xüsusilə, radioaktiv, dağılmış və nadir metalların çıxarılması ola bilər. Belə ki, grafen oksidin istifadəsi kasıb cövhərdən qızıldan çıxarılmasına imkan verəcəkdir.