Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 33 гостя.

Новые технологии. Графен

 Все знают, что углерод − один из самых распространенных в природе элементов. А знаете ли вы, что атомы углерода − замечательный строительный материал для самых разнообразных кристаллов и молекул?
 Алмазу, одной из кристаллических модификаций углерода, принадлежит рекорд твердости. Сложные органические молекулы белков, у которых атомы углерода (и азота) составляют своего рода атомный скелет, образуют основу живых организмов. Конечно, для нахождения природных алмазов потребуется проведение геологических изысканий. Но затраты на поиски столь полезного минерала стоят того.
 Подавляющее большинство природных алмазов, а также все искусственные алмазы являются техническими. Инструменты, армированные техническими, природными или искусственными алмазами, служат для обработки металлов.
 Они используются:

  • для распиловки
  • резания
  • обтачивания
  • расточки
  • сверления
  • вытачивания
  • штамповки
  • волочения

и т.д. стали и других металлов, карбидов, оксида алюминия (искусственного корунда), кварца, стекла, керамики и прочих твердых материалов. Для бурения скважин в твердых породах.

  • Алмазные пилы применяют при добыче и обработке строительного камня и для резки поделочных камней.
  • Алмазный порошок служит для обдирки, шлифовки и полировки сталей и сплавов, а также для шлифовки и огранки ювелирных алмазов и других твердых драгоценных камней

 Большое разнообразие атомных конструкций с участием атомов углерода объясняется тем, что углерод, элемент IV группы таблицы Менделеева, имеет четыре электрона во внешней валентной оболочке и может образовывать химические связи с четырьмя, тремя или двумя ближайшими соседями. Если у углерода четыре ближайших соседа, атомная конструкция получается трехмерной. Пример такой конструкции − кристалл алмаза, в котором каждый атом углерода находится в середине правильного тетраэдра, вершины которого − ближайшие атомы углерода. Если ближайших соседей два, возникают линейные (т.е. одномерные) конструкции, например длинные полимерные молекулы. В случае же трех ближайших соседей атомные конструкции содержат плоские участки.

Теперь о графене

 Графен (graphene) − новый материал с удивительными свойствами. С графеном пока работают в стенах лаборатории, но скоро (!) он получит и промышленное применение.
 Графен − это пленка углерода толщиной в один атом, имеющая строго упорядоченную гексагональную кристаллическую структуру.
 Вот несколько высказываний о графене.

  • Графен − самый тонкий и самый прочный материал во вселенной, − заявил 19 июня английский физик Андре Гейм (Andre Geim) из Университета Манчестера со страниц журнала «Наука» (Science).
  • Углеродная пластина толщиной в один атом, по свойствам прочнее алмаза, а электричество проводит в 100 раз лучше, чем кремний используемый для изготовления компьютерных чипов.
  • Количества материала массой несколько граммов достаточно для того, чтобы покрыть футбольное поле, − Род Руофф (Rod Ruoff), который изучает свойства графена в Университете Остина, штат Техас.
  • Отличительной особенностью графена является потрясающая гибкость − материал можно сгибать, складывать, сворачивать в рулон.

Что представляет собой графен?

 Графен представляет собой чистый углерод (впрочем как и алмаз). Молекула графена состоит из шести атомов, соединенных в структуру, которая под электронным микроскопом похожа на ячейку сот или ячейку сетки-рабицы, имеющую шесть сторон.

Мы очень часто сталкиваемся с простыми корандашами, стержень используемый в карандашах − графит, есть ни что иное, как множество слоев графена. Каждый из слоев прочный, но связи между слоями слабые. Когда мы пишем карандашом, слои легко распадаются, оставляя след на бумаге, доске и т.д.
Сфера применения графена.

  1. Сенсорные экраны
  2. Солнечные батареи
  3. Накопители энергии
  4. Сотовые телефоны
  5. Супербыстрые компьютерные чипы.
  6. Высокочувствительные сенсоры для химического анализа жидкостей и газов.
  7. И т.д.

5 октября 2010 г. в Стокгольме были объявлены лауреаты премии 2010 года по физике. Премией по физике были удастоены два молодых ученых: Андре Гейм и Костя Новоселов за работы, увенчавшиеся успехом всего шесть лет назад.
 Учёные создали на основе графена миниатюрный транзистор, работающий при комнатной температуре, и попутно обнаружили в нём новое физическое явление. Константин Новосёлов − первооткрыватель графена вместе Андре Гейм (в 2000 г. за использование магнитного поля для демонстрации левитации лягушек был удостоен шнобелевской премии, учредителем которой является американский научно-сатирический журнал Annals of Improbable Research ("Ежегодник невероятных исследований")) работают в Великобритании, в Манчестерском университете.

Рецепт получения графена от К. Новоселова.

 В промышленных масштабах производство графена развивается все лучше и лучше. То что графит расщепляется на мелкие кусочки известно уже сотни лет (открыт графит 1564 г.). На скотч нанести слой графита нарисовав простым карандашом. Затем переложить скотч несколько раз, расщепив тем самым нанесенный графит на слои, чем более яркая и блестящая пудра тем лучше. Затем надо выложить на подложку оксид кремния (которой, по понятным причинам, под руками нет). Можно воспользоваться поверхностью мобильного телефона. Компания Samsung впервые планирует использовать свойства графена в тачскринах мобильных телефонов в 2012 г.
 Чтобы домашний эксперимент, по получению графена удался необходимо:
1. подготовить поверхность (обезжирить, кислородной плазмы, понятно, под руками нет) на которой и будет расположен графеновый слой.
2. использовать чистый графит, а не синтетический, как стержень карандаша.
 Прикладываем скотч на поверхность мобильного телефона, проводим плотно по обратной поверхности скотча и убираем пленку-скотч. В результате самый нижний слой графита остался на поверхности экрана-подложки мобильного телефона. Если мы посмотрим на поверхность, то увидим блестящие частички это все еще графит. Графен так просто увидеть не получится. Можно быть уверенным в том, что те частички которые вы не видите и есть графен.


Качественные задачи и вопросы по физике.
Физические явления, интересные физические вопросы, о физике интересно.