Если бы у вас была возможность выбрать суперспособность материала, что бы вы выбрали? Сверхчеловеческая сила? Идеальная электропроводность? Чрезвычайная гибкость? Что, если мы скажем вам, что уже существует материал, обладающий всеми этими и многими другими свойствами? Добро пожаловать в мир графена, материала, который незаметно совершает революцию в технологиях на наших глазах (а иногда и над нашим носом).
От аккумуляторов в наших смартфонах до медицинских датчиков будущего, графен меняет правила игры во многих областях. И как всегда бывает с великими революциями, здесь нет недостатка в противоречиях и опасениях. Давайте вместе узнаем правду об этом материале, который столь же многообещающ, как и обсуждается.
Графен: непонятый гений мира материалов
Может ли быть лист бумаги настолько тонкий, что его толщина составляет всего один атом, и в то же время настолько прочный, что он может выдержать вес слона, не сломавшись? Если бы мы знали, как его производить, он бы обязательно существовал, потому что именно на это способен графен. Этот материал, обнаруженный в 2004 году Андре Гейм e Новосёлов (вот почему они получили Нобелевскую премию в 2010 году), это просто так лист атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке. Но не обманывайтесь его кажущейся простотой. Графен – настоящее чудо природы. Материал, который, простите за повтор, обладает свойствами, поражающими воображение. Вы не верите этому? Слушайте здесь:
- Речь идет о В 200 раз прочнее стали;
- Это отличный проводник электричества и тепла;
- È почти полностью прозрачный (вы знали? С уважением);
- È невероятно гибкий и эластичный.
Учитывая такой послужной список, неудивительно, что графен прозвали «чудо-материалом». Настолько «чудесное», что некоторые просто не верят в чудеса. Более того, мне тоже не нравится этот термин, и я говорю вам в своей двойной роли рекламодателя и популяризатора: часто неправильная коммуникация технологии является первым препятствием на пути ее распространения.
От лаборатории к теориям заговора: одиссея графена
За последние годы графен перешел от одного избытка к другому. Хорошо, волнение от открытия, но что-то, должно быть, пошло не так, если этот материал превратился из прославленного как Святого Грааля современных технологий в угрожающее вещество, используемое для «контроля» над людьми. Как мы дошли до этой точки?
Правда в том, что графен, как и многие передовые технологии, он стал жертвой своей собственной сложности. Его нанометрическая природа и почти «магические» свойства сделали его легкой мишенью для тех, кто пытается объяснить сложные явления с помощью простых и понятных теорий заговора. Тем не менее, хотя некоторые опасаются этого «ужасного пугала», ученые и инженеры во всем мире в течение 20 лет неустанно работают над тем, чтобы использовать потенциал графена для улучшения нашей жизни и решения некоторых из наиболее насущных проблем человечества. Давайте совершим путешествие по некоторым из последних и наиболее многообещающих применений графена.
Электроника будущего: когда графен встречается с полупроводниками
Одной из областей, где графен показывает свой огромный потенциал, является электроника. Недавно исследователи из Georgia Tech они разработали первый функциональный полупроводник графен на карбиде кремния. Достижение, которое может проложить путь к новому поколению более быстрых, эффективных и гибких электронных устройств.
«Это достижение может привести к революции в электронике, позволяя создавать устройства, сочетающие в себе гибкость графена с возможностями обработки традиционных полупроводников», — объясняет исследователь. Профессор Вальтер де Хир, один из исследователей, участвовавших в исследовании (что я ссылаюсь на вас здесь).
Но на этом сюрпризы не заканчиваются. Другое исследование, опубликованное на Природа обнаружил неожиданное свойство двухслойного графена: нетрадиционное сегнетоэлектричество. Что это значит? Проще говоря, графен может демонстрировать спонтанное разделение зарядов между слоями без внешнего электрического поля, что бросает вызов существующим предположениям о сегнетоэлектрических системах.
Это новое свойство может привести к прогрессу в области обработки информации, особенно в нейроморфные вычисления, Я говорю о компьютеры, которые работают аналогично человеческому мозгус беспрецедентной скоростью и эффективностью. Графен может стать ключом к открытию этого будущего.
Энергия и батареи: графен спешит на помощь
В области энергетики графен демонстрирует огромный потенциал для улучшения производительности аккумуляторов. Его высокая удельная поверхность и отличная проводимость делают его идеальным для увеличения емкости аккумулятора и скорости зарядки.
НаноЭксплор Инк. недавно представил сухой, экономичный и масштабируемый процесс производства графена. Этот метод снижает капитальные затраты почти на 50% по сравнению с традиционным жидким отшелушиванием и требует в качестве сырья низкосортного графита, что делает его более масштабируемым и экологически чистым.
«Наш процесс не только делает производство графена дешевле, но и более экологичным», — говорит он. Соруш Назарпур, генеральный директор NanoXplore. «Мы буквально превращаем отходы в черное золото».
Представьте себе будущее, в котором ваши электромобили заряжаются за считанные минуты или где ваши смартфоны работают неделями без подзарядки. С графеном это будущее может оказаться ближе, чем вы думаете.
Медицина и биотехнология: графен на службе здоровья
Применение графена в медицинской сфере является одним из наиболее интересных и многообещающих. Вопреки теориям заговора, изображающим его как опасное вещество, графен стремится к сказочной нормальности. То, чем обладает любая субстанция, что может быть использовано во благо или во зло и что в этом отношении является объектом различения и различения. Это не «маменькин сынок», созданный для уничтожения планеты, и действительно, он демонстрирует огромный потенциал для улучшения диагностики и лечения многочисленных патологий.
Недавнее исследование, опубликованное в Природа Нанотехнология введены EGNITE (Инженерный графен для нейронных интерфейсов), инновационная нейротехнология на основе графена. Эта технология включает в себя гибкие графеновые имплантаты высокого разрешения с микроэлектродами размером всего 25 мкм, обеспечивающие низкий импеданс и высокую инжекцию заряда, что является ключевыми характеристиками эффективных нейронных интерфейсов.
«EGNITE может произвести революцию в лечении неврологических расстройств, таких как болезнь Паркинсона или эпилепсия», — объясняет нейробиолог, участвовавший в исследовании. «Графен не является инструментом контроля над разумом, он может помочь миллионам людей восстановить контроль над своей жизнью».
Другие исследования изучают использование графена для адресной доставки лекарств, сверхбыстрого секвенирования ДНК и разработки сверхчувствительных биосенсоров. Например, корейские исследователи разработали самоактивирующийся при комнатной температуре датчик газа графена, функционализированный наночастицами оксида никеля. Этот высокоселективный, чувствительный к аммиаку датчик может найти применение в мониторинге качества пищевых продуктов и в портативных устройствах для контроля качества воздуха.
Передовые материалы: когда графен встречается с реальным миром
Уникальные механические свойства графена делают его идеальным для разработки современных композитных материалов. Добавив даже небольшое количество графена в пластики, металлы или другие материалы, можно значительно повысить их прочность или снизить вес.
Зальгенкс расширяет использование своего песок с графеновым покрытием и твердый углерод от современных аккумуляторных систем до строительной отрасли. Этот песок с графеновым покрытием может улучшить электропроводность, механическую прочность и долговечность бетона, что позволит создавать «умный бетон», способный контролировать состояние конструкции в режиме реального времени, обнаруживать напряжения и трещины и поддерживать прогнозируемое техническое обслуживание.
«Представьте себе здания, которые могут «говорить», сообщая нам, когда им требуется обслуживание, прежде чем возникнут серьезные проблемы», — говорит он. Марк Томпсон, главный инженер Salgenx. «Это сила графена, примененная к реальному миру».
Будущие вызовы и перспективы: путь к широкому внедрению
Несмотря на огромный потенциал, еще предстоит преодолеть проблемы, прежде чем графен сможет широко использоваться в крупномасштабных коммерческих приложениях. К ним относятся:
- Снижение цены производство;
- Совершенствование методов крупносерийное производство;
- Точный контроль свойств графена.
- Комплексная оценка безопасности и долгосрочного воздействия на окружающую среду
Однако темпы исследований и инноваций в области графена впечатляют. Постоянно появляются новые открытия и применения, расширяя границы возможного во многих технологических и научных областях.
Выводы: шаг от пугала к надежде НЕ короток
Графен — это не темная угроза, а яркий свет, освещающий путь к более продвинутому, эффективному и устойчивому технологическому будущему. У нас будет все больше и больше революционных инноваций, которые изменят мир, в котором мы живем.
Конечно, 20 лет контринформации — это немалое бремя: в следующий раз, когда вы услышите о графене, вместо того, чтобы бояться воображаемых заговоров, попытайтесь представить себе невероятные возможности, которые может предложить этот материал.
Как он однажды сказал Альберт Эйнштейн, «Воображение важнее знаний. Знания ограничены, воображение охватывает мир, стимулируя прогресс, порождая эволюцию». Графен — прекрасный пример того, как научное воображение может воплотиться в осязаемую реальность, улучшающую нашу жизнь.
