Графен, его производство, свойства и применение

Содержание

Примечания

1. ↑ , с. 6.
2. ↑
3. , с. 7.
4. , с. 132.
5. .
6. ↑
7. , с. 120.
8. .
9. .
10. , с. 13—14.
11. ↑ , с. 8—11.
12. , с. 77—90.

Галерея

Ссылки

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.

Спиноры

Волновая функция для гамильтониана имеет вид столбца:

Ψ=(ψKAψKBψK′AψK′B),{\displaystyle \Psi =\left({\begin{array}{c}\psi _{KA}\\\psi _{KB}\\\psi _{K’A}\\\psi _{K’B}\\\end{array}}\right),}

где индексы соответствуют подрешёткам кристалла в прямом пространстве: A и B, а также долинам в обратном пространстве: K{\displaystyle K} и K′{\displaystyle K’}. Гамильтониан для K{\displaystyle K} долины можно записать кратко

H^K=−iℏvFσ→⋅∇→.{\displaystyle {\hat {H}}_{K}^{0}=-i\hbar v_{F}{\vec {\sigma }}\cdot {\vec {\nabla }}.}

Этот двумерный гамильтониан аналог уравнения Дирака для безмассовых частиц, за исключением скорости света, в качестве которой выступает скорость Ферми. Из трёхмерного уравнения Дирака следует существование ферми-частиц, то есть частиц обладающих полуцелым спином. В графене из формально подобного уравнения следует существование характеристики названной псевдоспин, которая имеет отношение только к распределению электронной плотности между подрешётками кристалла. Таким образом состояние псевдоспин вверх означает подрешётку A, а псевдоспин вниз — подрешётку B. Для двух долин в k-пространстве вводят характеристику изоспин, и электроны конечно имеют внутреннюю степень свободы: спин (не отражённую в этом гамильтониане для графена).

Решения для свободных частиц для долин K{\displaystyle K} и K′{\displaystyle K’} имеют различный вид для положительной энергии (электроны) и отрицательной энергии (дырки):

ψKe,h(κ→)=(ψKAψKB)=12(exp⁡(−iϕκ→2)±exp⁡(iϕκ→2)),ψK′e,h(κ→)=(ψK′AψK′B)=12(exp⁡(iϕκ→2)±exp⁡(−iϕκ→2)).{\displaystyle \psi _{K}^{e,h}({\vec {\kappa }})=\left({\begin{array}{c}\psi _{KA}\\\psi _{KB}\\\end{array}}\right)={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left({\begin{array}{c}\exp(-i\phi _{\vec {\kappa }}/2)\\\pm \exp(i\phi _{\vec {\kappa }}/2)\\\end{array}}\right),\,\psi _{K’}^{e,h}({\vec {\kappa }})=\left({\begin{array}{c}\psi _{K’A}\\\psi _{K’B}\\\end{array}}\right)={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left({\begin{array}{c}\exp(i\phi _{\vec {\kappa }}/2)\\\pm \exp(-i\phi _{\vec {\kappa }}/2)\\\end{array}}\right).}

Здесь ϕκ→=arctan⁡(κyκx){\displaystyle \phi _{\vec {\kappa }}=\arctan(\kappa _{y}/\kappa _{x})} — полярный угол волнового вектора.

Полный гамильтониан можно представить в более симметричной форме:

H^=−iℏvFτ⊗σ→⋅∇→,{\displaystyle {\hat {H}}^{0}=-i\hbar v_{F}\tau _{0}\otimes {\vec {\sigma }}\cdot {\vec {\nabla }},}

где единичная матрица τ действует на индексы долин. Тогда спинор имеет вид:

Ψ=(ψKAψKBψK′B−ψK′A).{\displaystyle \Psi =\left({\begin{array}{c}\psi _{KA}\\\psi _{KB}\\\psi _{K’B}\\-\psi _{K’A}\\\end{array}}\right).}

Who discovered graphene?

Photos: The discovery of carbon nanotubes in 1991 helped spur researchers on to
produce the first sample of graphene in 2004. Picture of aligned carbon nanotubes by Junbing Yang courtesy of Argonne National Laboratory
published on Flickr
under a Creative Commons Licence.

Scientists have been puzzling over graphene for decades. Back in 1947, Canadian physicist Philip Wallace wrote a pioneering paper about the electronic behaviour of graphite that sparked considerable interest in the field.
Nobel-Prize winning chemist Linus Pauling was speculating about how flat, single layers of carbon atoms would behave as long ago as
1960. In 1962, such materials were named «graphene» by German chemist
Hanns-Peter Boehm, who had spotted them under
his electron microscope the year before.

Theoretical research into graphene continued for the next four decades, boosted in
the 1980s and 1990s by the discoveries of fullerenes (effectively, graphene curled up into balls) and carbon nanotubes
(graphene folded into a pipe). Even so, no-one could ever actually make the stuff in practice;
graphene was only produced in a laboratory in 2004, by Russian-born
scientists
Andre Geim and
Konstantin
Novoselov working at the UK’s University of Manchester.
They made graphene by using pieces of sticky tape to pull off flakes of graphite,
then folding the tape and pulling it apart to cleave the graphite into even smaller layers.
Eventually, after a great deal of work, they were amazed to find they had some bits of
graphite only one atom thick—graphene, in other words.

Follow us

Пистолет Mauser C-96

Этот пистолет знаком нам по старым фильмам про Октябрьскую революцию и гражданскую войну. Матрос с деревянной кобурой с маузером на длинных ремнях – классическая картинка тех годов. Так что же это за пистолет и откуда он появился в России?

Разработка пистолета была начата братьями Федерле, сотрудниками немецкой фирмы Маузер, примерно в 1894 году. В 1895 году появились первые образцы, тогда же был получен патент на имя Пауля Маузера. Первые образцы появились в 1896 году, и были представлены для испытаний Германской армии, однако приняты на вооружение не были. Тем не менее, пистолеты Mauser C-96 пользовались немалым успехом на рынке гражданского оружия вплоть до 1930-х годов – они были популярны среди путешественников, исследователей, бандитов – всех тех, кто нуждался в достаточно компактном и мощном оружии с приличной эффективной дальностью стрельбы – а по этому параметру Mauser C-96 до сих пор выглядит очень неплохо, а по сравнению со многими пистолетами и револьверами начала ХХ века он имел превосходство по дальности в разы. Пистолет неоднократно подвергался различным модификациям, из которых наиболее существенными были переход к куркам уменьшенного размера, новые типы предохранителя (менялись несколько раз), изменение длины ствола. Кроме того, в начале 1930-х годов немцы выпускают модели с отъемными коробчатыми магазинами, в том числе, и с возможностью ведения автоматического огня.

Характеристики

• УСМ : одинарного действия
• Калибр : 7.63x25mm Mauser (.30 Mauser); также 9x19mm Luger/Parabellum и 9x25mm Mauser
• Вес без патронов: 1250 г
• Длина: 312 мм (со стволом 140 мм)
• Длина ствола: 140 мм (также 99 мм и другие)
• Емкость магазина: 10 патронов в неотъемном коробчатом магазине (также 6 и 20 патронов)

Mauser C-96 участвовал во многих войнах, начиная с англо-бурской войны в Южной Африке (1899-1902), в Первой и Второй мировых войнах, в гражданских войнах в России и Испании (в последнем случае использовались в основном копии Маузеров местного производства). Кроме того, Mauser C-96 закупались в 1930-е годы Китаем, и даже производились там по лицензии, причем под патрон .45АКП (11.43мм).

Технически, Mauser C-96 – самозарядный пистолет, построенный на основе автоматики с коротким ходом ствола и запиранием подствольной боевой личинкой, качающиеся в вертикальной плоскости при взаимодействии с элементами рамки пистолета. Личинка соединяется с подвижной ствольной коробкой, в которую спереди ввенут ствол, а внутри нее движется затвор прямоугольного сечения. Двумя зубами на верхней поверхности личинка зацепляет затвор, а при отходе группы ствол-коробка-затвор назад личинка опускается, осовобождая затвор и останавливая ствол. Затвор при отходе назад выбрасывает вверх стрелянную гильзу, взводит открытый курок и досылает в ствол новый патрон. Магазины коробчатые, расположены перед спусковой скобой, у большинства маоделей – неотъемные, на 10 патронов. Выпускались также (малыми партиями) варианты с магазинами на 6 или 20 патронов. Все магазины – двухрядные, с наполнением сверху при открытом затворе, по одному патрону или из специальной обоймы на 10 патронов (по типу винтовки Маузер Гев.98). При необходимомти разряжания пистолета каждый патрон из магазина надо было удалать, отработав затвоором вручную весь цикл перезаряжания, что являлось большим недостатком конструкции. Позже, с появлением отъемных магазинов, этот недостаток конструкции был устранен. Рычаг предохранителя находился в задней части рамки, слева от курка, и в моделях разных годов выпуска мог запирать УСМ либо при любом положении курка (ранние модели), либо только после того, как курок вручную отведен слекга назад до разъединения с шепталом (начиная с 1912 года, так называемый “предохранитель нового типа”, обозначался NS – “Neue Sicherung”). Прицельные приспособления – либо фиксированные, либо с регулируемым по дальности целиком, насеченнм до 1000 метров. Конечно, это был не более чем маркетинговый ход – на дальности в 1000 метров даже в самых лучших условиях разброс попаданий превышал 3 метра. Однако, на дальностях до 150-200 метров Mauser C-96 обеспечивал вполне приемлимую точность стрельбы и убойность, особенно при использовании штатной кобуры-приклада.

Большинство Маузеров было выпущено под патрон 7.63 мм Маузер (почти полностью аналогичен отечественному патрону 7.62х25мм ТТ). Кроме того, в 1915 году германская армия заказала Маузеры под свой штатный патрон 9 мм Парабеллум. Такие пистолеты обозначались большой цифрой “9”, вырезанной на щечках рукоятки и залитой красной краской. Кроме того, незначительное количество Mauser C-96 было выпущено под патрон 9х25 мм Маузер Экспорт.

Начиная с 1920 года и до начала 1930-х годов германские Mauser C-96 выпускаются с укороченными стволами длиной 99 мм (в соотвтетствии с ограничениями Версальского договора). Именно такие Маузеры были закуплены Советской Россией в 1920-х годах, и этот факт дал повод называть все короткоствольные Маузеры “Боло”-моделями (Боло – от Большевик).

С приходом к власти в Германии Гитлера производство армейского оружия разворачивается там с новой силой, и в начале 1930х годов немцы разрабатывают новые модификации Mauser C-96 – в том числе модели 711 и 712. Обе модели имели отъемные магазины на 10 или 20 (иногда даже 40) патронов, а модель 712 кроме того имела еще и переводчик режимов огня на левой стороне рамки. Темп стрельбы модели 712 достигал 900 – 1000 выстрелов в вминуту, что при легком стволе и мощном патроне ограничивало применение автоматического огня короткими очередями, и требовало использования присоединенной кобуры-приклада для обеспечения мало-мальски приемлимой точности.

В целом, Mauser C-96 являестя в некоторм роде этапным, классическим образцом самозарядых пистолетов. Он имеет как несомненные достоинства (высокую дальность и точность стрельбы), так и недостатки (значительная масса и размеры, неудобство заряжания-разряжания). Невзирая на то, что Mauser C-96 практически не состоял на вооружении как основной образец, в первой трети ХХ века он имел вполне заслуженную и широкую популярность.

(Оцените эту запись)

Графен и рынок

Коммерческие успехи графена отстают от взрывного роста интереса к нему в науке. Тем не менее, ряд стран сделали ставку на лидерство в графеновой промышленности будущего и вложили миллиарды долларов в научные и инженерные разработки на основе графена. Прежде всего здесь следует упомянуть Китай, США, Южную Корею, Японию, Великобританию, Австралию и Сингапур, а также страны Евросоюза. В этих государствах созданы специализированные исследовательские и инжиниринговые центры, которые во многом стали драйвером для создания малых инновационных компаний, продвигающих передовые разработки на рынок, и питательной средой для таких крупных компаний, как Samsung, Huawei, Xiaomi, Airbus, Boeing, Fiat-Chrysler Automobiles, Siemens и других. Ожидается, что первыми успешными коммерческими продуктами на основе графена станут композитные материалы и функциональные покрытия, графеновые аккумуляторные батареи, печатная электроника на основе графеновых чернил, высокоскоростные фотодетекторы и высокочувствительные биосенсоры.

Первые продукты уже в продаже. Сейчас стало очевидным, что только одни высокоемкие и быстрозарядные аккумуляторные батареи на основе двумерных материалов до неузнаваемости изменят автомобильную промышленность. После 2022 года ожидается появление на рынке гибких и прозрачных солнечных батарей, суперконденсаторов, систем очистки воды, нейроинтерфейсов для обеспечения связи “компьютер-мозг” и гибких электронных устройств.

И все это — далеко не полный перечень разработок на основе графена. Интерес ученых и инженеров к двумерным материалам с каждым годом только растет. Бизнес с энтузиазмом вкладывается в технологические проекты, связанные с этими материалами, поэтому можно считать, что самое интересное нас еще ждет впереди.

Спустя 10 лет после вручения Нобелевской премии нашим соотечественникам мы уже не можем говорить только о графене, как о самом важном, самом известном и упоминаемом двумерном материале. За эти годы ученые и инженеры обнаружили сотни других двумерных материалов

Миру открылась новая вселенная, которая еще требует осмысления, и для этой вселенной нам только предстоит создать свою “таблицу Менделеева”. Нет сомнений, что мы еще увидим нобелевские премии за ван-дер-ваальсовы гетероструктуры и новые функциональные материалы.

Как развивается цветок герберы в домашних условиях

Красота не требует жертв

Специалисты Северо-Западного университета (США) превратили чёрный «от природы» графен в суперстойкую краску для волос.

В ходе эксперимента американские учёные покрыли образцы человеческого волоса раствором из листов графена. Так, физикам удалось превратить светлые, платиновые волосы в угольно-чёрные. Новый цвет оставался стойким на протяжении 30 смывов.

Краска на основе графена обладает дополнительными преимуществами, утверждают американские исследователи. Каждый покрытый ею волос подобен маленькому проводу, способному проводить тепло и электричество. Это означает, что волосы, окрашенные графеновой краской, легко рассеивают статическое электричество и решают проблему электризующихся волос.

• globallookpress.com

Американские учёные также полагают, что их краска абсолютно безвредна.

«Наружный слой ваших волос, или кутикула, выполняет защитную функцию и состоит из тонких клеток наподобие рыбных чешуек. Чтобы приподнять эти чешуйки и позволить молекулам краски быстро проникнуть в волосы, используются аммиак, перекись водорода или органические амины», — сообщил автор исследования Цзясин Хуан.

Из-за подобных манипуляций волосы постепенно истончаются. Проблему позволяет решить краска, которая покрывает волосы, но не проникает в их структуру. Однако такая краска очень быстро смывается. Как утверждают специалисты Северо-Западного университета, их изобретение позволяет справиться с обеими проблемами.

В индустрию моды и красоты графен начал проникать ещё в 2017 году, когда британская компания CuteCircuit представила платье с элементами из этого чудо-материала. Платье Graphene Dress со встроенными светодиодами благодаря графену меняет цвет «в такт» дыханию его обладательницы.

• Платье на основе графена, Манчестер, 2017 год
• Reuters

«Материал будущего» выполняет в платье одновременно две задачи: он является датчиком, улавливающим частоту дыхания, а также питает светодиоды, которые и меняют цвет платья. Разработчики умной одежды считают, что графен можно использовать для получения тканей, которые будут радикально менять свой цвет. Презентация Graphene Dress состоялась на родине этого материала — в Манчестере. 

Rate this page

Как поступить, если дверь не открывается изнутри

В ситуации когда выясняется, что дверь дома не открывается изнутри, а вам срочно необходимо выйти по делам, проще всего перезвонить кому-нибудь из близких и попросить отпереть замок снаружи. Обычно это удается сделать без труда.

Самая серьезная проблема – это когда речь идет о врезной модификации запирающего механизма. Здесь потребуется определенная сноровка. Язычок отжимают при помощи отвертки, засунув ее в щель между коробкой и дверным полотном.

Однако сейчас производятся замки с особым стопором, который делает невозможным открытие его таким способом. В данной ситуации самое правильно решение будет – вызов специалистов. В противном случае вы рискуете просто испортить дверь, сломать отвертку и т. д. Сейчас практически во всех городах есть профильные службы, помогающие гражданам в таких ситуациях. Услуги их стоят достаточно умеренно, а на вызов сотрудники обычно реагируют вполне оперативно.

Batteries and supercapacitors

While there are certain types of batteries that are able to store a large amount of energy, they are very large, heavy and release energy slowly. Capacitors, on the other hand, are able to charge and discharge quickly but hold much less energy than a battery. The use of graphene in this area, though, presents exciting new possibilities for energy storage, with high charge and discharge rates and even economical affordability. Graphene-improved performance thereby blurs the conventional line of distinction between supercapacitors and batteries.

Graphene batteries combine the advantages of both batteries and supercapacitors

Применение графена:

– солнечная энергетика,

– водоочистка, фильтрация воды, опреснение морской воды,

– электроника (ЖК-мониторы, транзисторы, микросхемы и пр.),

– в аккумуляторах и источниках энергии. Графеновый аккумулятор позволяет автомобилю без подзарядки преодолевать 1000 км, время зарядки которого не более 16 секунд,

– медицина. Ученые обнаружили, что графеновые чешуйки оксида графена ускоряют размножение стволовых клеток и регенерацию клеток костной ткани,

– создание суперкомпозитов,

– очистка воды от радиоактивных загрязнений. Оксид графена быстро удаляет радиоактивные вещества из загрязненной воды. Хлопья оксида графена быстро связываются с естественными и искусственными радиоизотопами и конденсируют их, превращая в твердые вещества. Сами хлопья растворимы в жидкости, и их легко производить в промышленных масштабах.

Найти что-нибудь еще?

карта сайта

как сделать графен википедия материал аккумулятор свойства аэрогель углерод графит купить цена видео россия презентация плотностьтехническое применение открытие получение технология производство структура изобретение графена в светодиодных устройствах мастер нож

Коэффициент востребованности
10 628

Graphene-enhanced battery products moving towards commercialization

Graphene-based batteries have exciting potential and while they are not yet fully commercially available yet, R&D is intensive and will hopefully yield results in the future.

In December 2018, India-based Log 9 Materials announced that it is working on graphene-based metal-air batteries, that in theory may even lead to electric vehicles that run on water. The metal air batteries use a metal as anode, air (oxygen) as cathode and water as an electrolyte. A graphene rod is used in the air cathode of the batteries. Since Oxygen has to be used as the cathode, the cathode material has to be porous to let the air pass, a property in which graphene excels. According to Log 9 Materials, the graphene used in the electrode is able to increase the battery efficiency by five times at one-third the cost.

In November 2017, Samsung developed a unique «graphene ball» that could make lithium-ion batteries last longer and charge faster. In fact, Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) said that using the new graphene ball material to make batteries will increase their capacity by 45% and make their charging speed five times faster. It was also said that the Samsung battery that will use this graphene ball material will be able to maintain a temperature of 60 degrees Celsius that is required for use in electric cars.

In November 2016, Huawei unveiled a new graphene-enhanced Li-Ion battery that can remain functional at higher temperature (60° degrees as opposed to the existing 50° limit) and offers a longer operation time — double than what can be achieved with previous batteries. To achieve this breakthrough, Huawei incorporated several new technologies — including an anti-decomposition additives in the electrolyte, chemically stabilized single crystal cathodes — and graphene to facilitate heat dissipation. Huawei says that the graphene reduces the battery’s operating temperature by 5 degrees.

In June 2014, US based Vorbeck Materials announced the Vor-Power strap, a lightweight flexible power source that can be attached to any existing bag strap to enable a mobile charging station (via 2 USB and one micro USB ports). the product weighs 450 grams, provides 7,200 mAh and is probably the world’s first graphene-enhanced battery.

In May 2014, American company Angstron Materials rolled out several new graphene products. The products, said to become available roughly around the end of 2014, include a line of graphene-enhanced anode materials for Lithium-ion batteries. The battery materials were named “NANO GCA” and are supposed to result in a high capacity anode, capable of supporting hundreds of charge/discharge cycles by combining high capacity silicon with mechanically reinforcing and conductive graphene.

Developments are also made in the field of graphene batteries for electric vehicles. Henrik Fisker, who announced its new EV project that will sport a graphene-enhanced battery, unveiled in November 2016 what is hoped to be a competitor to Tesla. However, the Fisker battery was later announced to not rely on graphene.

In August 2014, Tesla suggested the development of a «new battery technology» that will almost double the capacity for their Model S electric car. It is unofficial but reasonable to assume graphene involvement in this battery.

Many other companies are also working on incorporating graphene into various kinds of batteries, for more information we recommend reading our Graphene Batteries Market Report.

Выбор названия[править | править код]

Вначале было предложено дать метеориту название ближайшего от места первой находки метеорита населённого пункта, города Чебаркуль, стоящего на берегу озера Чебаркуль, на льду которого и были обнаружены осколки метеорита. Высказывались предположения, что основная его часть находится на дне озера.

Однако метеорит получил официальное название «Челябинск», поскольку обломки метеорита, разрушившегося в районе Челябинска, упали на обширной территории Челябинской области. Об этом сообщил директор Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН академик Эрик Галимов. После отправки заявки в Международное общество метеоритики и планетологии название небесного тела было внесено в Международный каталог метеоритов.

“2D ничто” и посткремниевая эра

Рост числа научных публикаций и патентов — одна из задач национального проекта “Наука”. Так вот, только по графену за последние 10 лет в ведущих научных журналах опубликовано более 220 тысяч статей и зарегистрировано свыше 50 тысяч патентов. И с каждым годом их число только растет. Ни одна другая область исследований не может конкурировать по этим показателям. Сегодня ученым известны сотни различных двумерных материалов, и лишь малая часть из них в достаточной мере изучена. Удивительно, но несмотря на то что толщина этих материалов не превышает нескольких атомов, они проявляют заметные физические и химические свойства. Используя их, вы не меняете размеры вещей, но меняете их свойства.

В мировой науке слово “графен” упоминается практически так же часто, как слово “квантовый”, а это, очевидно, более широкое понятие, чем одна из разновидностей двумерных материалов. В 2016 году графен обогнал по числу упоминаний в ведущих научных журналах такой материал как кремний. Это показательный момент: если не в промышленности, то в науке мы уже перешли в посткремниевую эру, где на первые роли вместо кремния вышли различные двумерные материалы. Более 30% всех публикаций в области нанотехнологий так или иначе связаны с ними. Ученые и инженеры не ограничились открытием и изучением новых двумерных материалов. В последние годы они активно работают над созданием и изучением гибридных структур, так называемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур, которые сочетают в себе два и более двумерных материала. Это можно себе представить в виде игры в “Лего” в атомном масштабе, когда из разноцветных пластинок (диэлектриков, полупроводников, полуметаллов) собирается принципиально новый материал. Но и это не все: поворачивая пластинки друг относительно друга на разные углы, также можно изменить свойства суммарного материала. Например, поворачивая два слоя графена на “магический угол”, ученым удалось наблюдать сверхпроводимость, которую без поворота ранее не наблюдали.

Если раньше мы ограничивались природными материалами, то теперь научились конструировать новые. Ученые называют их программируемыми квантовыми материалами. Предполагается, что мы сможем создавать искусственные материалы с заданными свойствами, которые требуются для решения конкретной инженерной задачи. Для последних на примере двух повернутых на “магический” угол слоев графена (так называемый скрученный графен) была обнаружена сверхпроводимость. Такие структуры позволяют создавать искусственные материалы с недоступными нам ранее свойствами.

Сегодня ученые пришли к еще более экзотическим материалам. Например, если мы сделаем где-либо полость толщиной в один слой атомов, то это еще один объект для исследований — так называемое “2D ничто”, или “2D nothing”. Если в случае графена нас интересовала извлекаемая из основного материала плоскость атомов, то здесь нас интересует то, что остается после извлечения. Дело в том, что стенки получаемой полости являются гладкими, атомная структура не нарушается, и нам еще только предстоит узнать, что из себя физически представляет такой объект и как он меняется в зависимости от того, в каком материале сделана полость. Например, для молекул воды в таких полостях в графите наблюдается сверхнизкая вязкость.

Ссылки

Интересные факты