Графен – самый тонкий в мире материал. Какие из него делают необычные разработки? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
30 миллионов смартфонов – столько жители России купили только за прошлый год. Но полки супермаркетов электроники уже скоро могут опустеть, причем по всему миру. Все из-за дефицита кремния – основного компонента чипов и процессоров в современной технике. Микросхемы так и называют – кремниевым сердцем электроники, которое вот-вот остановится.
"Чтобы использовать в солнечных батареях, в электронике, нам нужен сверхчистый кремний. Но он входит в состав соединений – например, такой известный, как кварц... И производство высокочистого кремния, конечно, вообще-то дорогое производство. И с учетом того, что в 21-м году Китай сократил данное производство, то здесь вот начались проблемы", – рассказал профессор кафедры наноэлектроники Института перспективных технологий индустриального программирования РТУ МИРА Алексей Юрасов.
Но не спешите доставать микросхемы из старенького компьютера. Как говорится, не кремнием единым. Ученые уже нашли замену этому, казалось, незаменимому элементу. Это графен.
Неудивительно, что производители электроники уже потирают руки в ожидании прибыли. Но создание с помощью графена микросхем – это только цветочки. С инновационным элементом экспериментируют не только ученые-электронщики, но и дизайнеры.
Британская компания совместно с исследователями Манчестерского университета выпустила "вечные" кроссовки с подошвой из графена. По словам разработчиков, износить такую обувь будет очень сложно.
"Лабораторные и полевые испытания показали, что отдача энергии у обычной подошвы на 25% больше, чем у пены из графена. В результате после пробега в тысячу двести километров испытуемые кроссовки выглядят как новые", – рассказал профессор кафедры материаловедения Национального института графена Манчестерского университета Аравинд Виджаярагаван.
Компанию кроссовкам из передового материала будущего составила спортивная куртка с напылением из графена.
У такой одежды почти магические способности. Она проводит тепло и препятствует размножению бактерий. Куртке не страшны ни ураганный ветер, ни проливной дождь.
"Для определения водостойкости материала проводят гидростатический тест. Его результаты измеряются в давлении водяного столба, которое испытывает квадратный дюйм испытуемой ткани. Так вот в данном случае тест показал, что графеновое покрытие с запасом выдерживает самый мощный ураган с дождем", – сообщил директор компании – разработчика курток из графена Хорхе Баррос.
А эта информация наверняка привлечет внимание суперагентов: уникальный бронесмокинг сделан из двухслойного графена, который называется диамен. Материал необыкновенной прочности. Он способен выдержать удар пули.
При этом толщина бронежилета подобна свитеру из кашемира. И сложить его можно очень компактно.
Во Франции недавно придумали, как с помощью графена заживлять раны. Сотрудники биотехнологического стартапа создали на основе уникального материала оригинальный пластырь.
"Повязка состоит из полимерной пленки и встроенной гибкой электроники, куда входят графеновые электроды. Графен при контакте с раной регистрирует биологические параметры и их изменения. Например, повышение уровня кислотности внутри раны", – сообщил разработчик графенового пластыря компании французского Национального центра научных исследований Винсент Бушиат.
Ездить в больницу совсем не обязательно. "Умный" пластырь отправит полученные данные на смартфон лечащему врачу, и тот в режиме реального времени сразу же назначит пациенту лечение.
Ни йодом, ни зеленкой мазать рану не придется. Чудо-пластырь уничтожит 99 процентов всех бактерий. Все благодаря супертонкости графена, который словно лезвием разрезает микробов на части.
Оказать помощь графен может и на дороге – автолюбителям на электрокарах. В США придумали, как с помощью перспективного материала заряжать машину.
Ученые установили, что графен способен преобразовывать энергию вокруг себя в электрический ток. На основе уникального материала американские физики разработали многослойную металлическую фольгу и покрыли ею автомобиль.
"С одной стороны фольги мы нанесли тончайшее покрытие из чередующихся слоев графена и кремния. Они дают положительный полюс. А другую сторону фольги оставили непокрытой, чтобы она давала отрицательный заряд" – отметил Хольгер Шубарт, директор энергетической компании.
Под воздействием окружающего излучения атомы графена и кремния начинают колебаться и создают резонанс. Иными словами, образуют вибрации электромагнитных волн, преобразуя их в электричество. Пластина графена размером 20 на 30 сантиметров выдает напряжение в полтора вольта. Этого достаточно для работы светодиодной лампочки.
Не поверите, но совсем скоро припарковать такую машину можно будет и у дома из графена. Он должен заменить строительный песок, стоимость которого в мире постоянно растет. Только за последний год песок подорожал в два раза. Спасти ситуацию поможет… графенобетон. Его получают из раскаленного угля. Из нового строительного материала уже начали строить первое здание в Великобритании.
"Чтобы получить альтернативу песку, мы разогреваем богатый графитом металлургический кокс, превращая его в графеновые хлопья. Затем полученный материал добавляется в состав бетона или цемента в качестве добавки", – рассказал профессор кафедры материаловедения и наноинженерии университета Райса Джеймс Тур.
Новосибирские ученые пошли ещё дальше. Они скрестили алмаз с графеном и получили – наноалмаз. Чтобы создать новый материал, потребовались условия, отдаленно похожие на метеоритный удар. Для этого в огромную установку исследователи положили подложку с графеновой пленкой и облучили ее пучком ионов ксенона, разогнав их до огромной скорости.
"На экране можно видеть, как выглядит облученная пленка, облученная ионами высоких энергий, и каждая черная точка соответствует месту, где пролетел ион. За счет изменения структуры меняются свойства этой точки, соответственно, они видны в оптический микроскоп. И если мы приблизимся к одной точке, то увидим те наноалмазы", – показала доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН Ирина Антонова.
По мнению физиков, на Земле мега-прочному материалу уже нашли массу применений, теперь пора и в космос. Например, тонкие пленки из графена и наноалмазов обладают радиационной стойкостью. Если покрыть таким материалом космические аппараты, это позволит им выдерживать гораздо более серьезные нагрузки.
"Данные структуры были получены двумерной печатью, когда наносился композитный материал из графена на подложку. Затем все это облучалось ионами, и формировался рабочий слой", – сообщил кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики полупроводников им. А. В Ржанова СО РАН Артем Иванов.
Выход нашли китайские астрономы. Они обнаружили огромные залежи уже готового к применению природного графена. Правда, на Луне. Открытие сделали с помощью космического аппарата.
"Мы провели анализ образца лунного грунта и нашли графеновые хлопья толщиной от двух до семи атомов. Но сказать по этим результатам, сколько именно графена содержится на Луне, сейчас невозможно. И даже если его будет очень много, доставлять графен на Землю пока невозможно", – рассказал Цзянь Чжан, научный сотрудник научно-исследовательского института по исследованию металлов Китайской академии наук.
По мнению исследователей, графен вовсе необязательно доставлять на Землю. Достаточно понять процесс его образования на Луне. И сделать все то же самое на нашей планете.
Ученые уже выяснили, что графен мог образоваться на Луне в результате извержения вулканов, воздействия солнечного ветра или ударов метеоритов. И теперь проверяют эти версии в лаборатории.
А их коллеги-астрофизики сидят в недоумении. Ведь обнаружение графена на Луне ставит под сомнение саму теорию ее происхождения.
Если это так, то большая часть летучих элементов, включая углерод, должна была бы испариться. Однако найденные образцы графена опровергают представления ученых о Луне. Вряд ли стоит сомневаться, что графеновая революция преподнесет землянам еще немало научных сенсаций и открытий.
О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
