В течение последних нескольких лет графен был чем-то вроде модного слова: новый материал с замечательными свойствами, обещающий революционизировать все в нашей жизни. Но все ли это пустая реклама? Что такое графен и что мы можем от него ожидать?
Графен является необычной формой одного из самых распространенных элементов на планете (углерода) и был обнаружен и синтезирован в Манчестерском университете еще в 2004 году. Он состоит из множества листов углерода, каждый лист толщиной всего в один атом, все расположены в шестиугольной решетке.
И из-за этого у него есть все виды интересных и неожиданных свойств. Например, графен примерно в 200 раз прочнее стали и в шесть раз легче. Он проводит тепло и электричество и чрезвычайно чувствителен к свету, будучи почти полностью прозрачным.
С момента его открытия ученые и инженеры были заняты поиском практических способов использования этого необычного материала. Список возможностей почти бесконечен, но вот некоторые места, где вы можете ожидать, что графен изменит вашу жизнь достаточно скоро.
1. Компьютерные чипы
Какое-то время мы видели, как компьютерные чипы следуют закону Мура. , имея в виду, что их мощность удваивается примерно каждые 18 месяцев или около того, но сейчас мы приближаемся к пределам того, как можно создавать маленькие кремниевые транзисторы. В таком случае закон Мура больше не будет верным в будущем.
Но ведутся исследования, чтобы увидеть, как графен может использоваться в сочетании с кремнием для производства более быстрых, небольших и менее энергоемких процессоров. IBM инвестировала 3 миллиарда долларов в исследования графена и рассчитывает, что к 2019 году на рынке появится работающий графеновый процессор.
В лучшем случае чипы, включая графен, могут быть на несколько порядков быстрее, чем традиционные кремниевые чипы, поэтому прорыв здесь может быть невероятным для вычислительного мира.
2. Аккумуляторы
В нынешнем веке смартфонов и другой портативной электроники мы полностью зависимы от аккумуляторов, поэтому всегда ищем способы продлить срок их службы . Графен показывает многообещающее в этой области.
Компания Samsung сообщила о некотором успехе в увеличении емкости аккумуляторов за счет включения графена в литий-ионные аккумуляторы, и аналогичным образом Dongxu представила первый в мире аккумулятор для графена . Dongxu утверждает, что его батарея емкостью 4800 мАч может полностью зарядиться в течение 15 минут. Пока неясно, когда он будет доступен для покупки.
Вне зависимости от того, появятся ли эти продукты на рынке, потенциал графена в аккумуляторах не может не удивить. Если он когда-либо будет полностью реализован, это может быть одним из самых революционных событий, произошедших за десятилетия. Аккумуляторы графеновых суперконденсаторов могут работать в пять раз дольше, чем литий-ионные батареи аналогичного размера, и перезаряжаться в кратчайшие сроки.
Кроме того, в отличие от ионно-литиевых батарей, они не токсичны и не подвержены риску взрыва. взрывались
С графеновыми суперконденсаторами смартфоны могли бы работать неделю или более без подзарядки, а электромобили имели бы улучшенные диапазоны, которые могли бы конкурировать с двигателем внутреннего сгорания. Когда они действительно нуждаются в перезарядке, процесс может занять секунды или минуты, а не часы, что является хорошей новостью, потому что ограничения зарядки являются большим препятствием в широком распространении электрических транспортных средств.
3. Печатная электроника
Графен может быть напечатан на бумаге (или других материалах) и, если он находится в форме схемы, может считываться считывателями RFID. Билеты, посадочные талоны и т. Д. Являются наиболее очевидным непосредственным применением такой технологии, но нет никаких возможностей. Носимая электроника, гибкие датчики и экраны и даже электронные татуировки могут стать обычным явлением в ближайшем будущем.
4. Датчики камеры
Графен намного более чувствителен к свету, чем кремний, используемый в настоящее время в датчиках изображения цифровых камер. Это открывает возможность создания более качественных камер, которые хорошо работают в условиях низкой освещенности, что является отличной новостью практически для всех фотографов и видеооператоров. (Nokia даже работает над смартфоном, который будет иметь сенсор камеры на основе графена, который обещает быть менее энергоемким и намного дешевле, чем современные камеры.)
Высокая прозрачность графена — он пропускает около 97,7% света — также открывает возможности для 3D-камер и для камер, где фокус изображения можно настроить позже. Можно расположить несколько слоев графена, чтобы можно было получать изображения с различными точками фокусировки, а фокус можно регулировать после того, как была сделана фотография.
5. Улучшенные динамики
Динамики, которые мы используем сегодня, опираются на механические части, которые вибрируют для создания звука. Это означает, что для перемещения этих частей должно быть достаточно физического пространства, и это ограничивает размеры небольших динамиков и их размещение.
Исследователи из Кореи использовали принцип термоакустики — создание звука быстрым нагревом и охлаждением материала — для изготовления динамиков из графенового аэрогеля, которые тонкие и не вибрируют. Такие колонки идеально подходят для мобильных устройств и могут быть легко установлены на стенах или телевизорах с плоским экраном.
Нет признаков того, что продукт появится на рынке в ближайшее время, но это захватывающее продвижение с большим потенциалом, чтобы преобразовать мир звука.
6. Более сильные сенсорные экраны
Поскольку графен почти полностью прозрачен, его можно использовать на стекле, и одним из возможных применений является укрепление сенсорных экранов на наших смартфонах.
Графен более прочен, чем алмаз, и экран, покрытый им, будет почти неразрушимым или, по крайней мере, не сломается, когда он выскользнет из вашей руки. Конечно, закаленное стекло имеет множество других применений, и другие свойства графена означают, что умные окна и ветровые стекла также являются реальными возможностями.
Графен также обещает гибкие экраны, которые будут изгибаться, а не ломаться. В то же время, есть несколько вещей, которые вы можете сделать если экран вашего телефона ломается.
7. Спортивное оборудование
Графен является чрезвычайно легким и чрезвычайно прочным, два свойства, которые очень желательны в спортивном оборудовании, и в большинстве видов спорта любой вес, который сбрасывают с оборудования, равняется конкурентному преимуществу. Велоспорт является наиболее очевидным, когда в дорогих велосипедах уже используется легкое углеродное волокно.
Графен в сочетании с углеродным волокном может еще больше снизить вес при сохранении прочности. Британская компания Dassi произвела велосипедную раму с графеном, которая весит всего 750 грамм, и надеется в ближайшем будущем снизить ее до 350 грамм.
Но вы также можете себе представить, как это может просочиться в различные области технического мира, где пользователи постоянно удивляются следующим телефоном, ноутбуком или камерой, которая сильнее, легче и тоньше, чем предыдущие. И если производство графена окажется дешевле, то даже лучше.
Графен и будущее
Выше приведены лишь некоторые из возможных применений графена, которые вы, скорее всего, будете иметь в своих руках в ближайшем будущем, но есть также широкий спектр потенциальных промышленных и медицинских применений, которые могут быть столь же революционными.
Еще неизвестно, оправдает ли графен высокие ожидания, которые мы на него возлагали. Может случиться так, что некоторые производственные проблемы остаются непреодолимыми, или из-за затрат некоторые из перечисленных выше вариантов будут нецелесообразными, но если хотя бы часть его потенциала будет реализована, это произведет революцию в мире, в котором мы живем.
Ожидаете ли вы скоро увидеть продукты графена на рынке? Какие приложения возбуждают вас больше всего? Пожалуйста, дайте нам знать в разделе комментариев ниже.
Изображение предоставлено: BONNINSTUDIO через Shutterstock.com