Неділя, 15.09.2019, 22:01
Вітаю Вас Гість | Реєстрація | Вхід

Трудове навчання

Меню сайту
Категорії розділу
Мої статті [6]
Вхід на сайт
Пошук
Друзі сайту
Статистика

Онлайн всього: 2
Гостей: 2
Користувачів: 0

Каталог статей

Головна » Статті » Мої статті

Графен - новий перспективний матеріал

Графен — одна з форм вуглецю, моноатомний шар атомів вуглецю із структурою комірок у вигляді шестикутника.

Теорія графену вперше була розроблена теоретичним фізиком Філіпом Воласом у 1947 році, як відправна точка для розуміння більш складного, тривимірного графіту. Але сама назва "графен" була дана цьому матеріалу тільки через 40 років - так називали шари графіту. Інакше кажучи, цю назву використовували для опису мономолекулярного шару (шару, товщиною в одну молекулу) атомів вуглецю, які щільно упаковані у двомірну ґратку, що за формою нагадує бджолині соти. По суті, це базовий будівельний блок графітових матеріалів будь-яких інших розмірностей; це матеріал для створення більш складних речовин. Але сам графен, у своїй формі, що повністю піддається дослідженню, був відкритий тільки в 2004 році.

Графен був відкритий в 2004 Андрієм Геймом та Костянтином Новоселовим, ученими російського походження, із Манчестерського універстету. За це відкриття Гейм та Новоселов були нагороджені Нобелівською премією з фізики за 2010.

У дослідженнях графену брали участь і українські вчені. Ще наприкінці 1980-х років член-кореспондент НАН України Володимир Литовченко зі співробітниками (Інститут фізики напівпровідників ім. В. Лашкарьова НАН України) досліджував появу забороненої зони в деформованих ультратонких графітових плівках (які тепер прийнято розглядати як багатошаровий графен).

Співробітники Інституту теоретичної фізики ім. М. Боголюбова НАН України Валерій Гусинін і Сергій Шарапов передбачили в 2005 р. незвичайний ефект в графені. Експериментальне спостереження цього ефекту стало прямим доказом безмасового характеру електронів і дірок у графені. В. Гусинін і С. Шарапов також теоретично передбачили низку інших важливих ефектів, які зокрема можуть мати застосування в оптоелектронних пристроях на основі графену. Академік Вадим Локтєв з цього ж інституту досліджував зонний спектр графену і паредбачив появу в ньому енергетичної щілини в разі наявності дефектів у гратці. Група дослідників з Інституту напівпровідників ім. В. Лашкарьова НАНУ вивчає графен з огляду на його напівпровідникові властивості. Керівник групи — професор, лауреат Державної премії України В'ячеслав Кочелап. Федір Васько і Максим Стріха з цього інституту є авторами низки робіт з фізики нерівноважних носіїв у графені. М. Стріха досліджував також явища, що відкривають можливість створення швидкодійної енергонезалежної пам’яті.

Оскільки з моменту одержання графена пройшло не багато часу, його властивості поки вивчені не дуже добре. Але перші цікаві результати експериментів уже є.

Від того часу вчені відкрили, що дана речовина має вражаючі властивості. Деякі вважають, що даний матеріал кардинально змінить наші життя у двадцять першому столітті. Це не тільки найтонший матеріал, він також приблизно в 200 разів міцніший від сталі та проводить електричний струм при кімнатній температурі краще, ніж будь-який інший матеріал відомий людству. Дослідники з Колумбійського університету, які довели, що графен є найміцнішим матеріалом, який коли-небудь вимірювався, заявили: "Щоб порвати плівку графену товщиною в 0,01 мм, знадобиться слон, при цьому його вага повинна вміститися на площі рівній кінчику олівця".

 

Потенційні області застосування, включають заміну вуглецевих волокон у композитних матеріалах, з метою створення більш легких літаків і супутників; заміна кремнію в транзисторах; впровадження в пластмасу, з метою додання їй електропровідності; датчики на основі графену можуть виявляти небезпечні молекули; використання графенової пудри в електричних акумуляторах, з метою збільшення їхньої ефективності; оптоелектроніка; більш міцний і легкий пластик; герметичні пластикові контейнери, які дозволять тижнями зберігати в них їжу, і вона буде залишатися свіжою; прозоре струмопровідне покриття для сонячних панелей та моніторів; більш міцні вітряні двигуни; більш стійкі до механічного впливу медичні імпланти; краще спортивне спорядження; суперконденсатори; покращення провідності матеріалів; високопотужні високочастотні електронні пристрої; штучні мембрани для розділення двох рідин у резервуарі; покращення сенсорних дисплеїв; РКД (рідкокристалічні дисплеї); дисплей на органічних світлодіодах; графенові нанострічки дозволять створити балістичні транзистори; нанопроломи у графені можуть дозволити створити нові техніки швидкісного секвенування ДНК.

На основі графену вже створено надчутливі сенсори (можуть виявляти присутність одного електрона), біосенсори, мініатюрні конденсатори високої місткості, швидкодійні елементи енергонезалежної пам'яті нового покоління, модулятори випромінювання, прозорі сенсорні екрани з діагоналлю понад 80 см. Обнадійливими є перші спроби застосування графену в медицині (зокрема при лікуванні пухлин).

Фірмою ІВМ створено транзистори на основі графену зі швидкодією в 100 ГГц. Однак на перешкоді появі серійних графенових польових транзисторів, що могли б у перспективі масово замінити кремнієві є специфічна властивість, що ускладнює отримання двох станів, які можна було б співвіднести логічним "0" тв "1". Однак в цілому це завдання ще задовільно не вирішене.

Графен схожий за своєю будовою на окремий атомний шар у структурі графіту — атоми вуглецю утворюють стільникову структуру з міжатомною віддаллю 142 нм. Без опори графен має тенденцію згортатися, але може бути стійким на підкладці. Більше того, графен був отриманий також без підкладки у вільному підвішеному стані, розтягнутий на опорах.

Гейм і Новоселов отримали графен, здираючи графіт з підкладки шар за шаром. Їм уперше у світі вдалося відокремити атомарний шар від кристала графіту.

Тоді ж Гейм із співробітниками запропонували так званий балістичний транзистор на базі графену. Він відкриває перспективи створення транзисторів й інших напівпровідникових приладів з дуже малими габаритами (порядку декількох нанометрів).

Графен можна уявити у вигляді «розгорнутої» вуглецевої нанотрубки. Підвищена мобільність електронів переводить його в розряд найперспективніших матеріалів для наноелектроніки.

Джерела: http://infonova.org.ua/science/pryklady-praktychnoho-zastosuvannya-materialu-hrafenu-v-blyzkomu-majbutnomu.html#ixzz3GcQdHMhI

http://infonova.org.ua/science/pryklady-praktychnoho-zastosuvannya-materialu-hrafenu-v-blyzkomu-majbutnomu.html

http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B5%D0%BD

 

Категорія: Мої статті | Додав: lerom9 (19.10.2014)
Переглядів: 402 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
avatar