گرافن و کاربرد آن. کشف گرافن. فناوری نانو در جهان مدرن

نسبتا به تازگی در علم و صنعت یک منطقه جدید، به نام فناوری نانو است. چشم انداز این رشته این است که فقط قریب به اتفاق نیست. آنها جاه طلب هستند. ذرات، به عنوان "نانو" با اشاره به یک مقدار را به یک میلیاردم یک کسری از هر مقدار برابر است. این اندازه تنها می تواند به اندازه اتم ها و مولکول مقایسه شده است. به عنوان مثال، یک نانومتر است یک میلیاردم یک متر نامیده می شود.

جهت اصلی از میدان جدیدی از علم

فناوری نانو کسانی که دستکاری ماده در سطح مولکول ها و اتم نامیده می شود. بنابراین، این منطقه از علم نیز تکنولوژی مولکولی خوانده میشود. انگیزه برای توسعه آن چه بود؟ فناوری نانو در جهان مدرن به لطف سخنرانی به نظر می رسد Richarda Feynmana. در آن دانشمند ثابت شده است که هیچ مانعی به ایجاد چیز به طور مستقیم از اتم ها وجود دارد.

به معنی برای دستکاری موثر ذرات کوچک به نام اسمبلر. این نانوماشین مولکولی، که می تواند مورد استفاده برای ایجاد هر ساختار. به عنوان مثال، نصب می توان به نام ریبوزوم طبیعی سنتز پروتئین در موجودات زنده.

فناوری نانو در جهان مدرن تنها یک منطقه واحد از تجربه و تخصص است. آنها نشان دهنده یک دامنه گسترده ای از تحقیقات به طور مستقیم به بسیاری از علوم اساسی مرتبط. در میان آنها فیزیک، شیمی و زیست شناسی. به گفته دانشمندان، این علوم را به انگیزه قوی ترین به توسعه در مقابل افت از انقلاب فناوری نانو آینده داشته باشد.

حوزه نرم افزار

فهرست تمام حوزه های فعالیت انسانی، جایی که امروز فناوری نانو استفاده شده است، غیر ممکن است به دلیل این فهرست بسیار قابل ملاحظه است. بنابراین، با کمک این زمینه از علم تولید می شود:

- دستگاه های برای ضبط superdense هر گونه اطلاعات؛
- تجهیزات مختلف؛
- سنسورها، سلول های خورشیدی، ترانزیستور نیمه هادی؛
- اطلاعات، رایانه و فن آوری اطلاعات؛
- nanoimprint و نانولیتوگرافی؛
- دستگاه های برای ذخیره سازی انرژی، و سلول های سوختی؛
- دفاع، فضا و حمل و نقل هوایی برنامه های کاربردی.
- bioinstrumentary.

در این زمینه علمی فناوری نانو در روسیه، ایالات متحده، ژاپن و چند کشور اروپایی با بودجه بیشتر در هر سال اختصاص داده است. این است با توجه به چشم انداز گسترده ای برای توسعه این حوزه از پژوهش.

فناوری نانو در حال توسعه در روسیه با توجه به برنامه هدف فدرال، فراهم می کند که هزینه های نه تنها بزرگ مالی، بلکه حمل مقدار زیادی از طراحی و پژوهش کار می کند. برای دستیابی به اهداف رفتن به متحد کردن تلاش از سیستم های مختلف علمی و فن آوری در سطح شرکت های ملی و چند ملیتی است.

مواد جدید

فناوری نانو دانشمندان را قادر به تولید یک ورق کربن سخت تر از الماس که ضخامت تنها یک اتم است. این از گرافن تشکیل شده است. این باریک ترین و قوی ترین ماده در جهان هستی، که انتقال برق بسیار بهتر از تراشه های کامپیوتری سیلیکون است.

کشف گرافن یک رویداد انقلابی واقعی، که تغییر زیادی در زندگی ما اجازه خواهد داد است. این مواد خواص فیزیکی منحصر به فرد است که اساسا ماهیت انسان از همه چیز و مواد تغییر است.

تاریخچه کشف

گرافن یک کریستال دو بعدی است. ساختار آن یک شبکه شش ضلعی متشکل از اتم کربن است. مطالعات نظری از گرافن طولانی قبل از گرفتن طرح های واقعی خود، از این مواد پایه ای برای ساخت یک کریستال گرافیت سه بعدی آغاز شده است.

حتی در سال 1947 G. ص Volles او تا به برخی خواص گرافن، اثبات این است که ساختار آن مشابه فلزات، و برخی از ویژگی های شبیه به کسانی که از ذرات فوق العاده نسبیتی، نوترینو و فوتون بدون جرم است. با این حال، مواد جدید تفاوت های قابل توجهی خاص است که آن را در طبیعت آن منحصر به فرد است. اما تایید این یافته ها تنها در سال 2004 به دست آمده بود، هنگامی که Konstantin Novoselov از و آندری جیم برای اولین بار توسط کربن در حالت آزاد به دست آمد. این ماده جدید به نام گرافن، و یک دانشمندان بزرگ کشف شد. یافتن این مورد می تواند با مداد است. میله گرافیت آن است تا از لایه های متعدد از گرافن ساخته شده است. چگونه یک مداد برگ یک علامت بر روی کاغذ؟ واقعیت این است که، با وجود قدرت از اجزای اصلی از لایه های، یک لینک بسیار ضعیف بین آنها وجود دارد. آنها بسیار آسان برای در تماس با کاغذ قرار می گیرند، ترک دنباله در نوشتن.

با استفاده از مواد جدید

به گفته دانشمندان، سنسور که روی گرافن است، قادر به تجزیه و تحلیل قدرت و وضعیت هواپیما، و همچنین به عنوان پیش بینی زلزله باشد. اما تنها زمانی که مواد با خواص مانند ترک خواهد کرد آزمایشگاه دیوار خیره کننده تبدیل روشن کاربرد عملی در جهت ماده ایجاد می شود. در حال حاضر روز، داروخانه ها، فیزیکدانان و مهندسین برق در حال حاضر علاقه مند به قابلیت های منحصر به فرد از گرافن. تنها پس از چند گرم از ماده می تواند از قلمرو، به یک زمین فوتبال برابر پوشیده شده است.

گرافن و کاربرد آن به طور بالقوه در تولید ماهواره سبک و هواپیما در نظر گرفته. در این منطقه، این ماده جدید می توانید جایگزین الیاف کربن در مواد کامپوزیت. نانومواد را می توان بجای ترانزیستور سیلیکون استفاده می شود و اجرای آن در پلاستیک آن را هدایت الکتریکی است.

گرافن و استفاده از آن در تولید حسگر مسائل در نظر گرفته. این دستگاه ها بر اساس آخرین ماده تشکیل قادر به تشخیص مولکول خطرناک ترین خواهد بود. اما استفاده از نانو پودر در تولید باتری های الکتریکی در بار برای افزایش اثر خود را.

گرافن و کاربرد آن در الکترونیک های نوری مورد بحث است. از مواد جدید به نوبه خود از پلاستیک بسیار سبک و با دوام که از آن ظروف را برای چند هفته اجازه خواهد داد که برای حفظ تازه مواد غذایی است.

استفاده از گرافن و انتظار می رود که تولید یک پوشش رسانا و شفاف مورد نیاز برای مانیتور، پانل های خورشیدی و قوی تر است و به اثرات مکانیکی توربین های بادی مقاوم تر.

نانومواد بر خواهد تجهیزات ورزشی بهتر است، ایمپلنتهای پزشکی و ابرخازنها است.

همچنین، گرافن و کاربرد آن مربوط به:

- با فرکانس بالا قدرت بالا الکترونیکی؛
- غشای مصنوعی جدا کردن دو مایع در مخزن.
- بهبود خواص رسانایی مواد مختلف؛
- ایجاد یک صفحه نمایش بر روی آلی نور دیود ساطع؛
- شتاب توسعه روش های جدید تعیین توالی DNA؛
- بهبود صفحه نمایش کریستال مایع؛
- ترانزیستور بالستیک است.

استفاده در صنعت خودرو

به گفته محققان، انرژی خاص نزدیک گرافن 65 کیلووات ساعت / کیلوگرم است. این رقم 47 برابر بیشتر از آنچه که امروزه باتری های لیتیوم یون بکنید. این واقعیت، دانشمندان استفاده کرده اند برای ایجاد یک نسل جدید شارژر های.

باتری پلیمر گرافن - دستگاه با استفاده از آن حداکثر برق موثر باقی می ماند. در حال حاضر، کار بر روی آن است که توسط محققان در بسیاری از کشورها انجام شده است. پیشرفت های قابل توجهی دانشمندان اسپانیایی در این زمینه به دست آورد. باتری گرافن پلیمر، آنها ایجاد کرده است مصرف انرژی، صدها بار بیشتر از یک رقم مشابه برای باتری های موجود است. آنها از آن استفاده کنید به تجهیز وسایل نقلیه الکتریکی. دستگاه، نصب شده است که باتری گرافن، می تواند بدون توقف هزار کیلومتر سفر می کند. برای شارژ کردن منبع انرژی الکتریکی در هنگام خستگی خواهد بیش از 8 دقیقه نیاز دارند.

صفحه نمایش لمسی

دانشمندان ادامه به بررسی گرافن، ایجاد یک چیزهای جدید و بی نظیر است. بنابراین، نانومواد کربن کاربرد آن در تولید که تولید صفحات لمسی با صفحه نمایش گسترده پیدا کرده است. اصطلاح ممکن است به نظر می رسد و دستگاه انعطاف پذیر از این نوع.

دانشمندان یک ورقه گرافن مستطیل شکل است و آن را به یک الکترود شفاف تبدیل شده است. او همچنین در این کار از صفحه نمایش لمسی شرکت کردند، تا حد زیادی کاهش دوام، شفافیت، انعطاف پذیری، دوستی های زیست محیطی و کم هزینه است.

به دست آوردن گرافن

از سال 2004، زمانی که آن را جدیدترین نانومواد باز شد، دانشمندان تعدادی از روش های برای آماده سازی خود تسلط دارند. با این حال، یکی از اساسی ترین این راه ها، در نظر گرفته:

- لایه برداری مکانیکی؛
- رشد همبافته در خلاء؛
- خنک کننده perofaznogo شیمیایی (CVD پردازش).

اولین بار از این سه روش ساده ترین است. تولید گرافن با لایه برداری مکانیکی یک نرم افزار ویژه از گرافیت به سطح چسب نوار چسب است. بعد از این بنیاد، مانند یک ورق کاغذ، شروع به خم شدن و راست کردن، جدا کردن مواد مورد نظر. هنگامی که استفاده از این روش به دست آوردن گرافن با بالاترین کیفیت. با این حال، چنین اقداماتی هستند مناسب برای تولید انبوه نانومواد است.

هنگام استفاده از روش رشد همبافته از ویفر سیلیکون نازک استفاده می شود، لایه سطحی است که کاربید سیلیکون. علاوه بر این، این مواد در دمای بسیار بالا (1000 K) گرم می شود. به عنوان یک نتیجه از واکنش های شیمیایی از اتم های سیلیکون از اتم های کربن، اولین بار است که تبخیر جدا شده است. به عنوان یک نتیجه، رکورد گرافن خالص باقی مانده است. عیب این روش به ضرورت استفاده از درجه حرارت بسیار بالا، که می تواند در طول احتراق از اتم های کربن رخ می دهد.

مطمئن ترین روش و ساده استفاده می شود برای تولید انبوه گرافن، یک بیماری عروق کرونر روند. این یک روش است که در آن واکنش شیمیایی بین کاتالیزور و هیدروکربن گازهای فلزی پوشش داده شده.

که به تولید گرافن؟

تا به امروز، بزرگترین شرکت ها، تولید نانومواد جدید در چین واقع شده است. نام تولید کننده - شرکت Ningbo Morsh فناوری. تولید گرافن آنها در سال 2012 آغاز شده است.

مصرف کننده اصلی نانومواد یک شرکت چونگ کینگ Morsh فناوری است. گرافن استفاده از آن برای تولید فیلم شفاف رسانا، که به صفحه نمایش لمسی قرار داده است.

نسبتا به تازگی، یک شرکت شناخته شده نوکیا ثبت اختراع در حسگر تصویر صادر کرده است. به عنوان بخشی از این بسیار مورد نیاز چند لایه از عنصر ابزار نوری گرافن است. چنین مواد مورد استفاده در سنسور دوربین تا حد زیادی افزایش می دهد حساسیت خود را (تا 1000 بار). در همان زمان کاهش در مصرف برق مشاهده شده است. دوربین خوب برای گوشی های هوشمند نیز حاوی گرافن خواهد شد.

آماده سازی یک محیط داخلی،

آیا ممکن است به تولید گرافن در خانه؟ به نظر می رسد، بله! شما فقط نیاز به یک ظرفیت مخلوط کن آشپزخانه و نه کمتر از 400 W، و روش توسعه یافته توسط فیزیکدانان ایرلندی دنبال کنید.

چگونه تولید گرافن در خانه؟ برای این منظور فنجان مخلوط کن 500 میلی لیتر آب را با اضافه کردن 10-25 میلی لیتر از هر گونه مواد شوینده مایع و 20-50 گرم از تخته سنگ خرد شده ریخته شد. بیشتر دستگاه باید از 10 دقیقه تا نیم ساعت اجرا شود، تا زمانی که به ظاهر از یک دوغاب از تکه های گرافن. مواد حاصل خواهد شد بالا هدایت که استفاده از آن در الکترودها از سلول های خورشیدی اجازه می دهد داشته باشد. گرافن همچنین می توانید از خواص پلاستیکی تولید شده در محیط داخلی را بهبود بخشد.

نانومواد اکسید

دانشمندان به طور فعال به تحقیق و ساختار گرافن به طوری که در داخل و یا در لبه های مش کربن متصل است و یا گروه های عاملی حاوی اکسیژن (بازدید کنندگان) این مولکول. این جامد نانو اکسید که اولین تصاویر دو بعدی، که مرحله تولید تجاری رسیده است. از نانو و میکرو از این ساختار دانشمندان سانتیمتر نمونه تولید شده است.

بنابراین، اکسید گرافن در ترکیب با کربن diofilizirovannym که اخیرا توسط دانشمندان چینی به دست آمد. این یک مکعب سانتی متر مواد بسیار سبک وزن است که بر روی گلبرگ های گل کوچک برگزار می شود. اما این ماده جدید، که در اکسید گرافن یکی از محکم ترین در جهان است.

کاربردهای زیست پزشکی

اکسید گرافن دارای یک ویژگی منحصر به فرد از انتخاب. این اجازه خواهد داد این ماده برای پیدا کردن یک نرم افزار پزشکی. بنابراین، به لطف کار از دانشمندان ممکن بود به استفاده از اکسید گرافن برای تشخیص سرطان است. تشخیص سرطان در مراحل اولیه توسعه خود اجازه می دهد خواص نوری و الکتریکی منحصر به فرد از نانومواد.

همچنین اکسید گرافن اجازه می دهد تا رساندن هدفدار داروها و تشخیص. بر اساس این مواد حسگرهای زیستی جذب هستند، با اشاره به مولکول DNA.

کاربردهای صنعتی

صربنتس های مختلف بر اساس اکسید گرافن ممکن است به اشیاء طبیعی و انسان ساخته شده dezaktsivatsii آلوده اعمال می شود. یک برش از نانومواد فعال می تواند آب های زیرزمینی و آب های سطحی، خاک و پاکسازی آنها از رادیونوکلئید را پردازش کند.

فیلترها از اکسید گرافن می تواند محل superchistotoy، که به تولید قطعات الکترونیکی برای برنامه های کاربردی خاص فراهم می کند. خواص منحصر به فرد از این مواد را به تکنولوژی شیمیایی حوزه ریز نفوذ کند. به طور خاص، این ممکن است استخراج ردیابی فلزات نادر و رادیواکتیو است. بنابراین، استفاده از اکسید گرافن اجازه می دهد تا برای استخراج طلا از سنگ معدن درجه پایین.