Материал, который изменит жизнь общества

2,8k full reads

В 2010 году двое ученых, оба выходца из России, Константин Новоселов и Андрей Гейм стали лауреатами Нобелевской премии по физике за “передовые опыты с двумерным материалом — графеном”.

У физиков не было многомиллионного бюджета на свои исследования, супертехнологий или каких-то оборудованных по последнему слову техники лабораторий. Получить графен они смогли при помощи обычной клейкой ленты: ученые взяли карандаш, состоящий из графита, и отделяли от него слой за слоем, пока в итоге не получили слой толщиной в 1 атом, это и был графен.

Фото: U. Montan / Нобелевские лауреаты Константин Новоселов и Андрей Гейм
Фото: U. Montan / Нобелевские лауреаты Константин Новоселов и Андрей Гейм

Теоретические представления о графене у ученых были уже в середине XX века, но получить реальные его образцы смогли только в начале XXI века. Многие специалисты называют графен материалом будущего, потому что он обладает рядом уникальных свойств, которые можно будет использовать в создании совершенных технологий.

Что такое графен

Графен — это одна из форм углерода. Этот материал получается, когда атомы углерода выстраиваются в шестигранную структуру и в результате формируют слой толщиной в 1 атом.

Фото из открытого источника: структура графена
Фото из открытого источника: структура графена

Чем же графен так хорош?

- это самый тонкий материал на Земле, в 60 раз тоньше, чем самый маленький из известных вирусов, в 3 000 раз тоньше бактерий и в 300 000 раз тоньше, чем лист бумаги;

- графен — самый прочный материал известный человеку, прочнее алмаза и стали;

- он гибкий и упругий;

- обладает высокой теплопроводностью. У графена она составляет около 5000 Вт/(м*К), а это в 2,5 раза больше, чем у прежнего «рекордсмена» — алмаза;

- он прозрачный;

- проводит электричество. Графен — это чувствительный элемент, который “чувствует” падение света на него, даже слабое освещение, и потом преобразовывает его в ток.

Что обещают делать из графена?

Специалисты говорят, что графен — это двери в мир новых материалов. Сейчас ученые работают над тем, чтобы “скрестить” графен с существующими технологиями и получить что-то новое.

В будущем из него будут делать:

- дисплеи;

- телефоны с мощной батареей, способной держать заряд месяцами;

- новые микропроцессоры;

- самые дешевые солнечные батареи;

- “умную” одежду;

При помощи графена смогут опреснять морскую воду и продуктивнее бороться с раком.

«Можно взять раковые клетки, высадить их на поверхность графенового чипа, затем ввести этот чип во взаимодействие с лекарством, которое испытывается, и получить данные по эффективности лекарства, не прибегая к помощи живых существ. Этот графеновый чип, по сути, заменит, опыты на животных, больше не нужно будет мучить кроликов и мышей, — объясняет Валентин Волков, руководитель лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. — С графеном требуется меньше раковых клеток, чем в опытах без него. Графен лучше “захватывает” биологию, на нем эта биология лучше “высаживается”, что позволяет проводить исследования более точно».

Где уже используют графен?

По данным европейской исследовательской организации Graphene flagship, которая занимается финансовой поддержкой ученых, работающих с графеном, из этого материала уже сделаны:

  • мотоциклетный шлем повышенной защиты;
  • шины для автомобилей профессиональных гонщиков;
  • специальные “реакторы” для научно-исследовательских институтов по “выращиванию” 2D наноматериалов;
  • наушники с более качественным звучанием;
  • блоки охлаждения.

Подробнее о том, что уже создали из графена, можно почитать на сайте проекта.

Фото: ONNINSTUDIO/Shutterstock
Фото: ONNINSTUDIO/Shutterstock

Почему графен пока не получил широкое применение?

Главная причина в том, что графен — самый дорогой материал на Земле (в расчете на единицу массы).

«К примеру, 5 см2 графена стоит около 200 долларов США, но графена там меньше микрограмма из-за того, что он имеет толщину 1 атом, — пояснят Дмитрий Свинцов, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ. — Чтобы вы понимали, 1 см2 графена весит 70 нанограмм, эти 70 нанограмм стоят 2 000 рублей, за 1 грамм придется выложить 28 миллиардов рублей, но это за тот графен, который используется для электроники, то есть более качественный».

В какой отрасли графен совершит революцию?

По мнению автора блога “Индустрия 4.0”, широкое применение графена начнется в текстильной промышленности. Из него будут делать “умную одежду”. Дизайнеры такой одежды считают, что графен можно использовать для получения тканей, которые смогут менять цвет.

«Человек может установить на свой телефон мобильное приложение, которое позволит менять цвет одежды в зависимости от ситуации или даже наносить какой-нибудь рисунок, чтобы придать своему образу больше выразительности, — говорит Райн Генз, сооснователь компании CuteCircuit по производству “умной одежды”. — Уже есть одежда, которая обладает всеми этими невероятными свойствами».

Графен и массовый рынок

Графену предстоит долгий путь на массовый рынок, и пока тяжело точно предсказать, когда он получит широкое применение. Не ясно, как будет налажено массовое производство вещей и предметов из этого материала, также не понятно, к каким экологическим последствиям для природы может привести массовое использование графена.

«Этот материал можно сравнить с пластиком, который произвел революцию. В XX веке предрекали, что из него будут делать все, в итоге одноразовый пластик заполонил всю планету и поставил под угрозу экологию», — делится мнением автор видеоблога “Индустрия 4.0”.

Опасен ли графен в плане экологических угроз? Никто сказать не может, исследования еще не проводились.

При подготовке статьи автор использовал материал, опубликованный на youtube канале "Индустрия 4.0".

Вам может быть интересно:

Что происходит со слухом под воздействием громких звуков. Показываем на научных снимках
Удавалось ли ученым “оживлять” виды животных или растений, существовавших 20-30 тысяч лет назад?
Если бы люди могли видеть инфракрасный свет или рентгеновское излучение, как тогда бы выглядело ночное небо?

Подписывайтесь на наш канал в Дзен, поделитесь мнением о материале и расскажите о нем друзьям. Еще больше интересных постов в нашем Telegram