Застосування графена

Властивості графена

Історія відкриття графена

Одного разу Андрій Гейм і Костянтин Новосьолов зібралися в лабораторії, щоб з'ясувати, чи можна отримати одиночний шар графіту, і не просто отримати, а побачити його. Для цього вчені чиркали грифелем по підкладці, приклеювали скотч, акуратно його знімали разом з прилиплими шарами графіту і знову приклеювали на підкладинку з оксиду кремнію. Вважається, що саме вибір матеріалу підкладинки забезпечив успіх: при роздивлянні в оптичний мікроскоп оксид кремнію за рахунок інтерференції злегка змінює свій колір залежно від того, скільки шарів графіту на ньому знаходиться.

І ось, після того, як смужка з одного-єдиного шару графіту була знайдена, до неї вдалося припаяти електроди й приступити до найголовнішого - вивченню незвичайних електричних властивостей цього матеріалу.

Дуже важливі такі властивості графена, як міцність, хімічна стійкість і прозорість. Вимірювання міцності з допомогою голки зондового мікроскопа показали, що з метрового листа можна зробити гамак, здатний витримати вагу
кішки. При цьому сам гамак буде важити десяті частки міліграма. Про хімічну стійкість свідчить відсутність змін у властивостях графену при тривалому зберіганні на повітрі. А прозорість довго була перешкодою на шляху
до відкриття графену.

Надзвичайно цікаві властивості графенового бішару - двох шарів графена, розділених ізолятором. Прикладаючи до них різні напруги, можна в одному шарі створити електрони, а в іншому - дірки. Якщо товщина прошарку достатньо мала, то електрони з дірками створять пари подібно того, як це роблять електрони в надпровідному стані. Розрахунки показують, що температура подібного переходу в чистому графені наближається до кімнатної. Поки що гаряча надпровідність графена не відкрита, але теоретики надіються на те, що такий незвичайний ефект може існувати в цьому матеріалі.

Гейм із співробітниками запропонували так званий балістичний транзистор на базі графену. Графен 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.

Графен у 200 разів міцніший від сталі. Тому його планують використати в різних композитних матеріалах, аби зробити їх міцнішими. Ту ж сталь можна покривати графеном. Досить одного нанометра, щоб металевий лист, завтовшки 1 міліметр, став значно міцнішим.

Потенційні області застосування: заміна кремнію в транзисторах; датчики на основі графену можуть виявляти небезпечні молекули; використання графенової пудри в електричних акумуляторах, з метою збільшення їхньої ефективності; оптоелектроніка; міцніший і легший пластик; герметичні пластикові контейнери, які дозволять тижнями зберігати в них їжу, і вона буде залишатися свіжою; прозоре струмопровідне покриття для сонячних панелей та моніторів; міцніші вітряні двигуни; стійкіші до механічного впливу медичні імпланти; краще спортивне спорядження; суперконденсатори; покращення провідності матеріалів; надпотужні високочастотні електронні пристрої; штучні мембрани для розділення двох рідин у резервуарі; покращення сенсорних дисплеїв; графенові нанострічки дозволять створити балістичні транзистори.

І це лише вершина айсберга можливостей застосування. Графен надає необмежені можливості практично у всіх областях індустрії та виробництва. Та згодом, він імовірно стане для нас звичайним матеріалом, подібно пластику в наші дні.