В 2004 году два ученых Манчестерского университета провели обманчиво простой эксперимент с потенциально изменяющими мир последствиями. Исследователи, Андре Гейм и Константин Новоселов, играли с графитом, веществом в кончике вашего карандаша. Графит изготовлен из сверхтонких листов чистого углерода, уложенных друг на друга. Гейм и Новоселов хотели посмотреть, смогут ли они выделить один-единственный лист графита - невероятно тонкий слой углерода толщиной всего в один атом.
Итак, они схватили рулон липкой ленты. Да, та же прозрачная лента в пластиковом аппликаторе, которую вы храните в ящике для мусора. Вот как Гейм описал свою технику, как сообщает Би-би-си.
"Вы кладете [липкую ленту] на графит или слюду и очищаете верхний слой. Есть хлопья графита, которые отрываются на вашей ленте. Затем вы складываете ленту пополам, приклеиваете ее к хлопьям сверху и снова расщепляете их. И вы повторяете эту процедуру 10 или 20 раз. С каждым разом хлопья делились все тоньше и тоньше. В конце концов вы остаетесь с очень тонкими хлопьями, прикрепленными к вашей ленте. Вы растворяете ленту, и все превращается в раствор."
Метод липкой ленты сработал! Выделив однослойный лист углерода, Гейм и Новоселов открыли совершенно новый материал под названием графен, который теперь считается самым прочным, легким и электропроводящим веществом на Земле.
В 2010 году Гейм и Новоселов разделили Нобелевскую премию по физике за открытие графена, и исследователи по всему миру начали искать способы использования этого замечательного "суперматериала" для создания более мощных и долговечных батарей, более быстрых микрочипов, гибких схем, имплантируемых биосенсоров и многого другого. Десять лет спустя графен еще не выполнил своих сильно раздутых обещаний, но инсайдеры уверены, что в ближайшие несколько лет мы наконец увидим смартфоны, электромобили и датчики, использующие технологию на основе графена.
Почему графен является Сверхматериалом?
Измеряя толщину всего в один атом, лист графена проверяет все ячейки сверхматериала:
- Графен в 200 раз прочнее стали по весу.
- Он в 1000 раз легче бумаги.
- Он на 98 процентов прозрачен.
- Он проводит электричество лучше, чем любой другой известный материал при комнатной температуре.
- Он может преобразовывать свет на любой длине волны в ток.
- И последнее, но не менее важное: графен сделан из углерода, четвертого наиболее распространенного элемента во Вселенной, поэтому мы вряд ли выберемся из него
Графен получает свои сверхспособности от своей структуры. Если бы вы могли приблизиться достаточно близко, вы бы увидели, что лист графена выглядит как соты атомного масштаба. Отдельные атомы углерода расположены в шестиугольном узоре, напоминающем проволочную сетку. Каждый атом углерода в листе графена ковалентно связан с тремя другими углеродными элементами, что придает материалу невероятную прочность.
Почему графен так хорошо проводит электричество? Опять же, из-за того, как эти атомы углерода связаны. Каждый атом углерода имеет четыре электрона в своей внешней оболочке, но только три из этих электронов являются общими с соседними тремя атомами углерода. Оставшийся электрон называется Пи-электроном и свободно перемещается в трехмерном пространстве, что позволяет ему передавать электрические заряды по листу графена практически без сопротивления. На самом деле графен является самым быстрым проводником электричества при комнатной температуре из всех известных веществ.
Как графен может модернизировать технологию?
До сверхпроводимости еще десятки лет, но революционные продукты на основе графена появятся на рынке гораздо раньше.
К 2024 году на рынке появится множество графеновых продуктов -включая батареи, фотонику, камеры ночного видения и многое другое."
Потребители уже много лет с нетерпением ждут появления батарей на основе графена. Литий-ионные аккумуляторы во всех наших гаджетах относительно медленно заряжаются, быстро теряют свой сок и сгорают после определенного количества циклов. Это потому, что электрохимический процесс, который приводит в действие литий-ионные аккумуляторы, генерирует много тепла.
Но поскольку графен является самым эффективным электрическим проводником в мире, он производит гораздо меньше тепла при зарядке или разрядке электричества. Графеновые батареи обещают в пять раз более высокую скорость зарядки, чем литий-ионные, в три раза более длительный срок службы батареи и в пять раз больше циклов, прежде чем их нужно будет заменить.
Электронные компании, такие как Samsung и Huwei, активно разрабатывают графеновые аккумуляторы для смартфонов и других гаджетов, но самое раннее, что они появятся на рынке,-это 2021год . Что касается графеновых аккумуляторов в электромобилях, которые могут резко увеличить радиус их движения, то до этого еще несколько лет. Вся индустрия была построена на литий-ионной технологии, и она не изменится в одночасье.
На рынке есть несколько батарей на основе графена , включая некоторые проводные и беспроводные зарядные устройства от компании Real Graphene, но это только верхушка айсберга. Исследовательские партнеры флагмана уже делают графеновые батареи это превосходит сегодняшние лучшие высокоэнергетические элементы на 20 процентов мощности и 15 процентов энергии. Другие команды построили солнечные элементы на основе графена, которые на 20 процентов эффективнее преобразуют солнечный свет в электричество.
Понравилась статья? Поставь лайк, подпишись на канал и поделись с друзьями!