«Люди гибнут за металл...». Эту всем известную фразу из арии Мефистофеля из оперы "Фауст" сегодня можно изложить как «Страны гибнут за материал».
Так например в Сингапуре в битве за «материал» ежегодно выделяется $300 млн. А Европейская комиссия объединила ведущие исследовательские корпорации из 23 стран и выделила более €1 млрд на десятилетние исследования, не считая инвестирования Великобритании на сумму более £235 млн. Во всем мире на исследование свойств супер материала на сегодняшний день выделено свыше десяти миллиардов долларов. Так что же это за материал, который объединяет страны и на исследование которого идут такие инвестиции? Этот материал называется - «графен».
«Материал будущего»
Так что же такое графен? По сути своей графен это тончайший слой углерода, толщиной всего 1 атом! Из-за своей пренебрежительно малой толщины графен является первым 2D материалом, имеющем только длину и ширину. Если сложить три миллиона листов графена, то получится лист толщиной около 1 мм.
Структура этого материала уникальна. Именно она придаёт ему свойства «материала будущего». Графен это самый тонкий, самый легкий и самый прочный материал за все историю человечества. Он в 200 раз прочнее стали и прочнее алмаза. Графен это лучший электропроводник из существующих в данное время. Температура плавления графена около 3000 град. Цельсия . Он прозрачен, газо и влагонепроницаем и, кроме того, он биологически разлагаем, поэтому не представляет угрозы для окружающей среды.
Графен был открыт учеными Андрей Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году. За это открытие они получили Нобелевскую премию по физике. С появлением графена в мире произошла графеновая революция, сравнимая с изобретением транзистора. Ученые всего мира были шокированы. Они не могли поверить, что один слой углерода может быть настолько стабильным при комнатной температуре.
Несмотря на то что графен в настоящее время достаточно хорошо изучен, он еще таит в себе сюрпризы. Дело в том, что из графена можно удалить некоторые атомы углерода и получится материал с другими свойствами. А можно в графен добавлять атомы других материалов и получится еще один материал с новыми свойствами. Поэтому исследовательская гонка сейчас — это гонка за захват рынка графеновых технологий.
Применение графена в будущем
Уникальные свойства графена в будующем позволят создать устройства нового поколения.
Графен способен заменить авиастроение, космические технологии, вооружение и военную технику, а также энергетическую отрасль.
Прочность графена может привести к созданию гибких небьющихся экранов телефонов, лучших пуленепробиваемых жилетов.
Изготовление и применение графеновых мембран позволят получить более дешевую воду для засушливых и бедных районов мира. Применение графена, в энергетике, может дать сокращение энергопотребления на 46% при тех же мощностях.
Также графен возможно будет применять при фильтрации ядерных отходов, в суперкомпьютерах. В замен кремниевым транзисторам придут графеновые, что повлечет невероятный прорыв в вычислительных мощностях на десятки лет вперед. Так же оксид графена способен убить стволовые клетки, которые запрограммированы на преобразование в раковую опухоль. Он уменьшает размер опухоли и предотвращает ее рост.
На сегодняшний момент
В данное время компания Samsung объявила, что уже работает над внедрением графена в батареи своих гаджетов и готова производить его в промышленных масштабах для создания очень тонких и гибких телефонов. В результате таких внедрений электрическая емкость батарей увеличивается на 45%, а скорость зарядки — в пять раз. Полная зарядка такой батареи для телефона Samsung займет 12 минут, а 20 минут зарядки подобного графенового аккумулятора могут дать 600 км езды на электромобиле.
В России также уже удалось создать высокочувствительные графеновые биосенсоры, которые могут помочь в создании новых лекарств и вакцин от опасных заболеваний, в том числе от ВИЧ и рака.
Недостаток графена
Казалось бы что у такого сверх материала не должно быть недостатко. Но это не так. Основной недостаток графена состоит в том, что его очень сложно производить. До сих пор учёным удавалось изготавливать его лишь в небольших количествах, самым крупным из которых был лист размером с кредитную карту.