Графен – материал будущего

// // Интересное в сети //

С карандашом мы знакомы с детства. Любой ребенок может сказать, что это палочка, которой рисуют, и она постоянно ломается. Следовательно, нам известно, что графит – хрупкий материал. С одной стороны это правда. Когда мы нажимаем на грифель, то он расслаивается, а на бумаге остается след или полоска.

Этот след и есть графен, точнее сказать, несколько слоев, соединенных вместе. Из-за того, что они легко расслаиваются, и создался миф о хрупкости графита. В действительности же один слой графена прочнее стали в 200 раз!

Ученым в Калифорнии удалось это выяснить, проведя следующий эксперимент. Они поместили слой данного материала над мельчайшими отверстиями кремниевого кристалла. Затем ученые стали давить на графен алмазной иглой, стремясь его разрушить. По ходу эксперимента измеряли давление. Так было выяснено, что этот материал – самый прочный в мире, что вдвойне удивительно, ведь его толщина всего 1 атом. Более того, если бы графен был, как пищевая пленка, то он выдержал бы давление кончика карандаша, на противоположной стороне которого сидел слон, или балансировал автомобиль!

Кроме того, графен гибок, его можно скручивать в трубочку, диаметр которой не превышает 2 нанометров.

Неоценимый вклад скотча

Эти свойства графена ученым уже давно были известны. Главная проблема состояла в том, как получить один слой этого материала. Первую попытку предпринял Родни Руофф в 1999 году ученый из Техаса при помощи сверхтонкой иглы. Не удалось. Следующий инструмент - нанокарандаш применили уже другие ученые. Также не получилось. И только в 2004 году россиянами Константином Новоселовым и Андреем Геймом был получен один слой графена. За это они стали нобелевским лауреатами.

Вначале ученые наклеили на графит кусочек скотча. Отклеили, потом опять приклеили. И так повторяли, пока не остался на клейкой ленте один слой. Его-то им удалось перенести на пластину из силикона. Так была одержана победа над природой. Сейчас во всем мире думают, как наладить массовое производство материала.

Бешеные электроны или уникальное свойство

Скорость электропроводности у графена уникальна. Она практически равна скорости света. Данное свойство материалов зависит от того, насколько подвижны в атомах электроны. К примеру, в металлах есть зоны, благодаря которым мельчайшие отрицательно заряженные частицы могут свободно перемещаться от одного атома к другому. В полупроводниках их нет. Зато есть запрещенная зона. Именно ее электронам необходимо преодолевать, чтобы предмет становился электропроводным. Для этого нужна дополнительная энергия.

Уникальность графена, несмотря на то, что это не металл, состоит в том, что в нем запрещенной зоны нет. Из-за этого электроны свободно перемещаются. А так как на них не влияют какие-либо другие заряженные частицы, то они начинаются двигаться с умопомрачительной скоростью. Таким образом, созданный из него, к примеру, транзистор будет выключаться или включаться очень быстро.

Применение графена

Возможности графена неисчерпаемы. Некоторые прозвали его «материалом будущего». Ведь если ученые смогут добавить в него запрещенную зону, то человечество начнет новую страницу истории научно-технического прогресса. Поскольку из этого материала можно изготавливать электрические цепи или их компоненты с уникальной электропроводностью.

Графен может применяться в создании светочувствительных элементов. Он станет замечательным детектором вредных для человека отравляющих веществ. А его уникальная прочность! Поистине графен – чудо-материал, который может применяться буквально в любом производстве.