От умной одежды до зелёной энергетики: как использование графена изменит нашу жизнь

Алан-э-Дейл       25.06.2022 г.

Финансовые затруднения при реализации проектов

На сегодняшний день имеет место такая проблема, как огромное количество фирм занимающихся исследованиями в области источников питания. Новые разработки появляются как грибы после дождя, а очевидного фаворита среди всей этой братии — не наблюдается. Подобное положение дел влияет и на инвесторов, которые явно не спешат расставаться со своими капиталами, при вложении денежных средств в новые затеи.

Денег кстати, нужно довольно много: для организации небольшой производственной линии по выпуску высокотехнологичных батарей, потребуется что-то около 500 млн. долларов. Кроме того, создать перспективный источник энергии — это только половина дела, научный проект нужно ещё поставить на «коммерческие рельсы», что не является лёгким манёвром.

Создатели мобильных девайсов или производители электрокаров, будут подвергать тестам новое оборудование годами, перед тем как утвердить выгодный для себя вариант. Инвестиции за этот период не окупятся, а фирма-разработчик будет работать в убыток. Думаете, если свежая технология оказалась на рынке — всё, успех, удача, дело сделано и игра сыграна? Как бы не так — этого оказывается тоже ещё мало. Дело в том, что разработчику новинки, предстоит претерпеть сложный период адаптации и поиска потребителей. Однако таких обстоятельств, на данный момент, всё-равно, пока ни у кого не было, поэтому до покупателей дело не доходило!

К примеру, вот две фирмы, Leyden Energy и A123 Systems, создавшие новые, вполне себе многообещающие технологии, которые так и не добрались до рынка. Почему? Причина оказалась банальной: не потянули по денежным средствам! Можно вспомнить и ещё парочку подающих надежду «аккумуляторных стартапов» — Seeo и Sakti3. Их прикупили сторонние фирмы, причём суммы сделок были намного ниже тех, на которые изначально надеялись первые инвесторы.

Такие электронные гиганты как Samsung, LG и Panasonic, на самом деле больше поощряют модернизацию уже имеющихся у них технологий, чем создание АКБ с нуля. Так что, на данный момент эти производители занимаются оптимизацией литий-ионных электронакопителей разработанных ещё в 70-х годах прошлого столетия. Остаётся только надеяться, что «чудо-графену» всё-таки удастся внести серьёзные коррективы в эти обстоятельства.

Батареи из графена

Аккумуляторы для солнечных батарей

Устройства из инновационного материала сделали качественный толчок в автомобилестроении. Наибольшую пользу получили электромобили. За счет повышенной активности заряженных частиц в материале емкость полученных графеновых аккумуляторов значительно повышается.

Первые источники питания на основе материала строились с добавлением лития в листы. Однако такая схема малоприменима для использования в промышленности из-за бурной реакции вещества с водой и другими окислителями. При контакте лития с водой на открытой местности происходит масштабный взрыв. Поэтому любое механическое повреждение автомобиля или батареи с последующим контактом с жидкостью может привести к возгоранию и невозможности тушения пожара в краткие сроки при использовании воды.

Графеновый аккумулятор

Также потребность в больших количествах лития существенно удорожала производство. Количество залежей вещества на планете незначительно, поэтому для длительного промышленного производства не хватит использования в аккумуляторах. Накопительные элементы с использованием данного материала отличались крайне медленным сроком зарядки, за счет чего их было затруднительно использовать в автомобильной промышленности. Поэтому требовалось получить новый источник питания с применением графена. Таковым стал магний графеновый аккумулятор.

Получение графена

Начиная с 2004 г., когда был открыт новейший наноматериал, ученые освоили целый ряд методов его получения. Однако самыми основными из них считаются способы:

— механической эксфолиации;- эпитаксиального роста в вакууме;- химического перофазного охлаждения (CVD-процесс).

Первый из этих трех методов является наиболее простым. Производство графена при механической эксфолиации представляет собой нанесение специального графита на клейкую поверхность изоляционной ленты. После этого основу, подобно листу бумаги, начинают сгибать и разгибать, отделяя нужный материал. При применении данного способа графен получается самого высокого качества. Однако подобные действия не годятся для массового производства данного наноматериала.

При использовании метода эпитаксиального роста применяют тонкие кремниевые пластины, поверхностный слой которых является карбидом кремния. Далее этот материал нагревают при очень высокой температуре (до 1000 К). В результате химической реакции происходит отделение атомов кремния от атомов углерода, первые из которых испаряются. В результате на пластинке остается чистый графен. Недостатком подобного метода является необходимость использования очень высоких температур, при которых может произойти сгорание атомов углерода.

Самым надежным и простым способом, применяемым для массового производства графена, является CVD-процесс. Он представляет собой метод, при котором протекает химическая реакция между металлическим покрытием-катализатором и углеводородными газами.

Делаем графен дома

Апрель 21st, 2014

Графен уже разрекламирован со всех сторон: он является самой тонкой и самой прочной субстанцией в мире. А сейчас ученые утверждают, что его настолько легко делать, что можно заняться этим прямо на кухне. До настоящего момента производство графена в промышленных масштабах было достаточно сложным. Методы его создания сводились к тому, что приходилось выбирать между высококачественным графеном в малых количествах или большими партиями, но с дефектами. 

Однако ученые из Англии и Ирландии сообщили в воскресенье, что они использовали блендер для создания микроскопических графеновых листов. Они поместили пудру из графита (из которого делаются грифели для карандашей) в контейнер со «слоистой жидкостью» и затем перемещали это на высокой скорости. В результате получился осадок из крошечных графеновых листов, каждый из которых был около нанометра (миллиардная часть метра) в ширину и около 100 нанометров в длину. Сила, производимая вращающимися лопастями, разделяла графит на графеновые слои, не повреждая их двухмерную структуру. 

«Мы разработали новый способ создания графеновых листов, — говорит профессор по химической физике из Тринити-колледжа в Дублине (Ирландия) Джонатан Коулман (Jonathan Coleman), который также является соавтором опубликованного исследования в журнале Nature Materials. – По этому методу можно создать большое количество графена без дефектов». 

Ученые использовали промышленное оборудование, которое называется мешалкой, обеспечивающей высокие натяжения сдвига, однако они с успехом повторили эксперимент, используя обычный кухонный блендер. Жидкость, созданная таким образом, можно распределить по поверхности, как пленку из графеновых листов, или же ее можно перемешать с пластиком для создания упрочненных композитных материалов. 

«В лаборатории мы сделали несколько граммов этого продукта, однако, при расширении производства, можно создавать тонны», — говорит Коулман. 

Графен – это самая тонкая субстанция в мире, она прозрачная, но прочнее, чем сталь. Это проводящий супер-материал, сделанный из углерода, имеющий ширину всего лишь в 1 атом. В настоящее время к графена проявлен огромный интерес: его хотят использовать в полупроводниках в компьютерах следующего поколения, сенсорных экранах, аккумуляторах и солнечных батареях. 

Коулман сообщил, что компания, которая спонсировала данное исследование, подала заявку на патент на новый метод. 

По материалам Phys. Org.

Анастасия Полянская nauka21vek.ru

Свежие разработки графеновых электронакопителей

Многие специалисты занимающиеся разработками имеют такое мнение, что АКБ будущего будет обладать совсем иной формой, химсоставом и строением, по сравнению с Li-ion изделиями, которые за последний десяток лет вытеснили другие технологии со многих рынков. Эксперты ничуть не сомневаются в том, что будущее — за графеновыми электронакопителями.

Относительно недавно, испанская фирма Graphenano, представила прототип графен-полимерной АКБ в распоряжении которой, уникальное качество — аппаратура может заряжаться за в три раза меньшее время, нежели повсеместно распространённые Li-ion накопители. Удачные эксперименты Graphenano дали толчок тому обстоятельству, что самые различные разработчики начали проявлять огромнейший интерес к графеновым технологиям. Производители не долго думая стали предвкушать все выгоды использования такого оснащения.

Испанцы разработали электроаккумулятор под названием Grabat, обеспечивающий электрокару пробег на одном заряде до 800 километров. Ёмкость 2,3 V батареи впечатляет — до 1000 Вт⋅ч/кг. Если сравнивать со всё теми же Li-ion накопителями, то у лучших экземпляров можно наблюдать показатель всего 180 Вт⋅ч/кг. Специалисты «Графенано» заявляют, что Grabat можно подзарядить всего за несколько минут — у этого устройства, скорость заряда/разряда в 33 раза превышает таковую у Li-ion АКБ.

Что выгодного в быстрой разрядке? Она оказывает очень большое влияние на интенсивность разгонной динамики электрических машин. Кроме того, графеновые изделия и весят в 2 раза меньше Li-ion. А вот ещё одно преимущество перед литий-ионными электробатареями: АКБ на основе графена не могут организовать неожиданный и естественно, весьма неприятный для пользователя взрыв.

В конце 2015-го работники «Графенано» подготовили производственную мощность площадь которой составила более 7 тыс. м2. Цель — производить там графен-полимерные аккумуляторные батареи, а для получения максимального результата, Graphenano решили объединиться с фирмой Grabat Energy и когортой химиков из Национального университета города Córdoba.

Было организовано спецоборудование для обеспечения двадцати сборочных линий на 80 млн. ячеек. Разработчики из «Графенано» гарантируют, что такие электроаккумуляторы не будут выделять газы и пожароопасность им чужда, также, короткое замыкание, не нанесёт изделиям никакого вреда. Полимер прошёл сертификацию при взаимодействии с испанским институтом DEKRA и немецким TUV.

Как мы можем использовать графен?

Графен часто применяют в медицине. Его используют при создании сенсоров, определяющих биомаркеры. В частности, иммуноглобулин, опасные токсины, а также биомаркеры, связанные с онкологией и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Это позволяет врачам по-новому диагностировать заболевания.

Более того, графен считается отличной заменой существующим материалам, которые были доведены до своих физических пределов. Например, кремниевые транзисторы (коммутационные устройства, используемые в качестве запоминающих устройств и логических элементов для принятия решений в компьютерах) за последние несколько десятилетий последовательно уменьшались и становились всё более мощными. Но учёные уже давно выражают опасения, что дальнейшие усовершенствования ограничены законами физики. Замена кремния графеном позволит создать ещё более мелкие и быстрые транзисторы. 

Таким же образом графен мог бы революционизировать и другие области технологии, ограниченные традиционными материалами. Например, с его помощью можно создать конкурентоспособные по стоимости и более эффективные солнечные панели и более энергоэффективное оборудование для передачи энергии. Такие компании, как Samsung, Nokia и IBM уже разрабатывают графеновые заменители для сенсорных экранов, транзисторов и флэш-памяти, но разработка всё ещё находится на очень ранней стадии.

Тихая графеновая революция

«У графена очень много интересных физических свойств и явлений, например электронные свойства, которые позволяют использовать графен для конструирования сложных электронных наноустройств. Есть работы, в которых его используют для защиты наночастиц от окисления», — рассказал в беседе с RT старший научный сотрудник кафедры химической кинетики химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Владимир Боченков.

Также по теме

Новые свойства графена помогут создавать топливо «из воздуха»

Исследование, проведённое физиками в Университете Манчестера, показало, что открытый в 2010 году графен может быть использован в…

Кроме того, графен поможет решить одну из главных задач современности — получить недорогие, надёжные и экологически безопасные источники энергии. Так, графеновые композиты позволяют создать более эффективные солнечные панели. Учёные из Массачусетского технологического института доказали, что при помощи графена можно сделать эластичные, дешёвые и прозрачные солнечные элементы, превращающие практически любую поверхность в источник электроэнергии. Солнечные батареи из графена, по словам учёных, могут производить энергию даже в дождь.

«В графене можно делать определённые отверстия, выбивая некоторые атомы углерода, и получать регулируемые поры, которые можно использовать в качестве мембраны в батареях и топливных ячейках. Также мембраны на основе графена могут удешевить производство тяжёлой воды. Она необходима в атомной промышленности для получения относительно экологически чистой энергии. Здесь опять же уникальные свойства графена позволяют быстрее разделять субатомные частицы, делая весь процесс очень экономичным. В результате мы получаем более зелёную и дешёвую атомную энергию», — отметил Боченков.

Крупнейшие технологические компании уже приступили к созданию литийионных аккумуляторов для смартфонов с использованием графена. Инновационная технология позволяет заряжать батарею быстрее и хранить заряд дольше.

Графен можно использовать в качестве мембраны для фильтрации атомов водорода в воздухе и получить биологически чистое топливо. К такому выводу пришли первооткрыватели графена. Андрей Гейм и Константин Новосёлов выяснили, что при высоких температурах и присутствии платины в качестве ускорителя реакции графен пропускает положительно заряженные ионы водорода (протоны) и задерживает практически всё остальное. Такая технология поможет совершить прорыв в развитии зелёной энергетики.

Также по теме

«Рассеять энергию пули»: как нанотехнологии используются в военном деле

В России и мире активно ведутся разработки в области материалов, которые позволяют создавать новые средства индивидуальной бронезащиты…

Взяли на вооружение графен и производители военной продукции. Выяснилось, что материал обладает пуленепробиваемыми свойствами. Учёные из Нью-Йоркского университета получили очень прочные и почти невесомые бронежилеты. В ходе эксперимента физики запустили стеклянную микропулю в листы графена толщиной от десяти до 100 слоёв. Графен рассеял энергию пули, летящей на скорости 3000 м/с. Однако в точке удара материал вытянулся в форме конуса, а затем треснул. Появление трещин не позволяет пока поставить графеновые бронежилеты на службу полицейским. По оценкам специалистов, чтобы защитить своих обладателей, такие бронежилеты должны состоять из миллионов слоёв графена. А для этого требуется наладить его производство в промышленных масштабах.

Проник графен и в биологию. В 2016 году китайские учёные накормили шелкопрядов тутовыми листьями, которые были сбрызнуты препаратами, содержащими графен. В итоге экспериментаторы получили прочную и хорошо проводящую электричество графеновую шёлковую нить.

Актуальные разработки

Уже сейчас на рынке представлены зарядные блоки (powerbank) от компании Real Graphene. Они основаны на графеновой технологии и позволяют за считанные минуты зарядить смартфон или планшет.

Их аккумулятор способен выдержать порядка 1500 циклов зарядки, не теряя свои изначальные технические характеристики. При этом девайс не генерирует большое количество тепла, остаётся холодным и безопасным во время работы.

Если говорить про машины, то буквально недавно китайская компания GAC заявила о том, что собирается тестировать графеновые источники питания. Их установят на автомобиль и проверят в реальных условиях эксплуатации.

Китайцы считают, что электромобиль с таким источником питания сможет получить 85% заряда всего за 8 минут.

Первые тесты ожидаются в конце 2021 года, либо в начале 2021 года. Пандемия внесла свои коррективы. В итоге результаты покажут, будет ли компания запускать массовое производство.

Ожидаемая стоимость нового электрического китайского автомобиля составит 30,5 тысяч долларов. При этом порядка 40% от стоимости это цена батареи.

Схема разработки 3DG

Графеновую технологию специалисты GAC начали осваивать ещё с 2014 году. За 4 лет активной работы удалось создать 3DG. Это трёхмерный графеновый материал. В ноябре 2021 года была официально проведена презентация сверхбыстрой аккумуляторной батареи для зарядки.

Использование в автомобилестроении

Согласно данным исследователей, удельная энергоемкость графена приближается к 65 кВт*ч/кг. Данный показатель в 47 раз превышает тот, который имеют столь распространенные ныне литий-ионные аккумуляторы. Этот факт ученые использовали для создания зарядных устройств нового поколения.

Графен-полимерный аккумулятор — прибор, при помощи которого максимально эффективно удерживается электрическая энергия. В настоящее время работа над ним ведется исследователями многих стран. Значительных успехов достигли в этом вопросе испанские ученые. Графен-полимерный аккумулятор, созданный ими, имеет энергоемкость, в сотни раз превышающую подобный показатель у уже существующих батарей. Используют его для оснащения электромобилей. Машина, в которой установлен может проехать без остановки тысячи километров. На подзарядку электромобиля при исчерпании энергоресурса понадобится не более 8 минут.

В Кембридже начинается производство графена в промышленных масштабах

  • Графеновый прорыв
  • Секрет фирмы
  • Материал будущего

Графеновый прорыв

Основанная выходцами из Кембриджского университета компания Paragraf сейчас выпускает только графеновые пластины диаметром не более 20 см. В будущем британский стартап планирует использовать их для производства транзисторов.

Технология позволит наладить массовое производство сверхмощных процессоров, которые по скорости в 10 раз превзойдут традиционные кремниевые аналоги. Первую партию электронных устройств с графеновыми элементами Paragraf обещает выпустить уже в ближайшие месяцы.

Разработанные компанией пластины также можно будет применять для создания химических и электрических датчиков. Использование уникального углеродного материала повысит их чувствительность в 30 раз.

Как отмечают представители стартапа в пресс-релизе, Paragraf превзошел всех конкурентов в области производства графена. Наладить выпуск пластин такого диаметра без потери качества прежде не удавалось никому — ни университетам, ни крупным корпорациям, в том числе Samsung, Intel и IBM.

При этом в настоящее время, чаще всего для лабораторных экспериментов используют графеновые хлопья, поскольку производить их намного проще.

Секрет фирмы

Компания не поясняет, какой именно метод производства она использует. На сайте Paragraf описаны возможные сценарии применения графена для создания тачскринов, солнечных панелей и датчиков. Но для технологии используются лишь абстрактные описания.

«Инновационный подход Paragraf позволяет воплотить в жизнь великие идеи из научной фантастики», — отмечают создатели проекта.

Непрозрачный подход к разработкам не мешает Paragraf получать инвестиции. В начале 2018 года стартап привлек £2,9 млн ($3,9 млн). Большую часть денег вложила структура Кембриджского университете Cambridge Enterprise, которая финансирует проекты сотрудников вуза.

Всего в Paragraf работает 16 человек. За четыре года существования компания успела оформить восемь патентов.

Материал будущего

Революционный двумерный материал открыли в 2004 году. Тогда же ученые отметили уникальные свойства графена. По прочности он в 200 раз превосходит сталь и проводит электричество в 10 раз эффективнее, чем медь. По электропроводности графен также в 250 раз превосходит кремний.

Пока углеродный материал не получил широкого распространения, поскольку его производство обходится слишком дорого. Также ученые пока пытаются найти оптимальные сценарии применения графена и подобрать подходящий форм-фактор. Для этого они создают графеновые наноленты, «пластилин», чернила, кристаллы и даже «торты».

Появляется все больше фирм, которые ищут практическое применение материалу в своих нишах. Например, уже сегодня выпускают куртки, создают батареи на основе графена, а в будущем из него планируют выпускать целые фюзеляжи самолетов. опубликовано econet.ru  

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Возможные применения

Уникальные свойства графена позволили применять его практически во всех сферах деятельности человека. Уже сейчас появляются новейшие разработки использования графена в различных устройствах.

Оксиды наноматериала

Оксид – продукт взаимодействия атомов кислорода с молекулярной структурой какого-либо вещества. Учёные, занимающиеся вопросом, что такое графен и областью его применения, обнаружили по краям углеродной сетки графена оксидные группы молекул. Несколькими граммами этого вещества можно накрыть футбольное поле. Наноматериал уже используют в биомедицине.

Биомедицинское применение

Сверхспособности вещества в оптике и электронике позволят врачам распознавать злокачественные опухоли на ранней стадии развития. Оксид графена способен осуществлять адресную доставку лекарства к определённому органу человека, минуя окружающие ткани. Недавно было сделано заявление о создании сорбентовых датчиков, которые могут распознавать молекулы ДНК, используя свойства нановещества.

Индустриальное применение

Адресные сорбенты оксида графена будут способны деактивировать территории, заражённые в результате техногенных катастроф. Сейчас рассматривается применение продукта для очистки водных ресурсов и воздушного пространства от радионуклидов.

Новые технологии на основе оксида графена совершат технологическую революцию в химической промышленности. Они позволят значительно снизить затраты по извлечению драгоценных металлов из бедных руд.

Дополнительная информация. Внедрение наноматериала в пластиковый полимер сделает его способным проводить ток. Замена кремния в микросхемах сделает переворот в создании новых компьютеров с огромными возможностями.

Перспективы использования нановещества в оборонной промышленности практически неограниченны. Появление брони, выдерживающей самые мощные снаряды, даст толчок в создании новой бронетехники и бронежилетов.

Использование в автомобилестроении

Удельная энергоёмкость графена в 50 раз превышает энергоёмкость литий-ионных аккумуляторов. Заметив это свойство, учёные приступили к разработке аккумуляторных батарей нового поколения.

Проблема, связанная с громоздкостью и ограниченностью заряда аккумуляторов для электромобилей, в ближайшее время будет решена. Машина с графеновой батареей сможет за один раз проехать тысячу километров, причём на одну зарядку аккумулятора понадобится около 8 минут.

Графеновый аккумулятор

Обратите внимание! Автомобилисты часто пользуются аэрогелем с графитовой смазкой. Средство покрывает тонкой плёнкой автодетали, предохраняя их от коррозии, проникая в заржавевшие резьбовые соединения. В какой-то мере это прообраз графена

В какой-то мере это прообраз графена.

Сенсорные экраны

Углеродный наноматериал используют при изготовлении сенсорных экранов с диагональю в несколько метров. Это позволяет получить сенсорные дисплеи, которые можно будет скручивать в трубку для переноски.

Преимущества и недостатки

Чтобы сделать определённые выводы про графеновые аккумуляторы, стоит взглянуть на их плюсы и минусы.

Да, это перспективная технология. Да и имеющиеся достоинства об этом наглядно говорят. Хотя и без недостатков здесь не обошлось. Даже в условиях, когда массово батареи ещё даже не начали выпускать.

Если говорить про плюсы и минусы, которыми характеризуются графеновые аккумуляторы, то на эти АКБ стоит взглянуть со всех сторон.

Для начала о сильных качествах перспективной технологии:

Батареи имеют небольшой вес. Они значительно легче в сравнении со свинцово-кислотными аналогами или другими источниками питания, используемыми в автомобилях. На 1 квадратный метр графена приходится всего 0,77 грамма веса.
Высокие показатели проводимости. В плане этой характеристики графен в разы лучше, чем ряд других полупроводниковых материалов.
Прочность и водонепроницаемость. Также важные характеристики, учитывая условия эксплуатации автомобилей и прочего транспорта, где такие АКБ могут использоваться.
Экологичность. В отличие от свинца и жидкого электролита, АКБ на основе графеновой технологии не будут загрязнять окружающую среду

Это решение ещё одной важной современной проблемы.
Удельная ёмкость. Отличные показатели

Потенциально графеновые батареи способны демонстрировать около 1000 Вт/ч на 1 кг.
Возможность регулировки свойств. Это достигается за счёт сочетания и комбинирования с графена с другими используемыми материалами.
Доступность сырья. В качестве сырья для получения графена используется графит. А это распространённый, доступный и недорогой материал.

Но не всё так радужно. Технология имеет ряд недостатков.

Исследователи говорят, что из-за плотности сделать АКБ компактными невозможно. Поэтому перспективы использования технологии в мобильных устройствах сомнительные. Батареи получаются массивными. Специалисты пытаются решить этот вопрос. Но пока ни одного серийного образца не выпустили.

С позиции автомобильной сферы всё намного интереснее. Потенциальный переход на графеновую технологию способен увеличить пробег актуальной Tesla Model S с 400 до 1000 км. без подзарядки.

Электромобиль Tesla Model S

На саму подзарядку батареи потенциально достаточно потратить 10-15 минут. Но при условии наличия мощной зарядной станции. Специалисты уверены, что такой вопрос решается довольно легко.

Проблема в литии, который также применяется при создании графеновых источников питания. Этого вещества в природе не так много. Полностью удовлетворить потребности автомобильной отрасли не получится. Поэтому ведутся работы над тем, чтобы вместо лития использовать магний.

Что такое графен и чем он так уникален?

Углерод — это материал, состоящий из кристаллической решетки, которую образуют шестиугольники атомов. Графен — это один слой решетки толщиной в 1 атом.

Отсюда — его первое уникальное свойство: самый тонкий.

  • Графен в 60 раз тоньше мельчайшего из вирусов.
  • В 3 тыс. раз тоньше бактерии.
  • В 300 тыс. раз тоньше листа бумаги.

Так выглядит структура углерода. Если отделить один из слоев — получим графен

Такую структуру графен приобретает за счет sp2-гибридизации. Дело в том, что на внешней оболочке атома углерода расположены четыре электрона. При sp2-гибридизации три из них вступают в связь с соседними атомами, а четвертый находится в состоянии, которое образовывает энергетические зоны. В результате графен еще и прекрасно проводит электрический ток.

Уникальность графена в том, что он обладает такой же структурой, как и полупроводники, при этом он сам проводит электричество — как проводники. А еще у него высокая подвижность носителей заряда внутри материала. Поэтому графен в фото- и видеотехнике обнаруживает сигналы намного быстрее, чем другие материалы.

Графен обладает хорошей теплопроводностью, гибкостью и упругостью, он на 97% прозрачный. При этом, графен — самый прочный из известных материалов: прочнее стали и алмаза.

Наглядная графика о свойствах графена

Свойства и преимущества графена:

– графен является самым прочным материалом на Земле.
В 300 раз прочнее стали
.
Лист графена площадью в один квадратный метр и толщиной, всего лишь в один атом, способен удерживать предмет массой 4 килограмма. Графен, как салфетку, можно сгибать, сворачивать, растягивать. Бумажная салфетка рвется в руках. С графеном такого не случится,


благодаря двумерной структуре графена, он является очень гибким материалом, что позволит использовать его, например, для плетения нитей и других верёвочных структур. При этом тоненькая графеновая «верёвка» по прочности будет аналогична толстому и тяжёлому стальному канату,

– в определённых условиях у графена активируется ещё одна способность, которая позволяет ему «залечивать» «дырки» в своей кристаллической структуре в случае её повреждений,


графен обладает более высокой электропроводностью. Графен практически не имеет сопротивления. У графена в 70 раз мобильность электронов выше, чем у кремния
. Скорость электронов в графене составляет 10 000 км/с, хотя в обычном проводнике скорость электронов порядка 100 м/с.

– обладает высокой электроемкостью.
Удельная энергоемкость графена приближается к 65 кВт*ч/кг. Данный показатель в 47 раз превышает тот, который имеют столь распространенные ныне литий-ионные аккумуляторы
,


обладает высокой теплопроводностью. Он в 10 раз теплопроводнее меди
,

– характерна полная оптическая прозрачность. Он поглощает всего 2,3% света,


графеновая плёнка пропускает молекулы воды и при этом задерживает все остальные, что позволяет использовать ее как фильтр для воды,

– самый легкий материал. В 6 раз легче пера,


инертность к окружающей среде,

– впитывает радиоактивные отходы,


благодаря Броуновскому движению (тепловым колебаниям) атомов углерода в листе графена последний способен «производить» электрическую энергию,

– является основой для сборки различных не только самостоятельных двумерных материалов, но и многослойных двумерных гетероструктур.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.