В 2010 году британские учёные Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию за «новаторские эксперименты, касающиеся двухмерного материала графена». С тех пор химики и физики по всему миру исследуют свойства этого материала и находят всё новые и новые практические применения.
Графен используется для создания сенсоров для газов, электронных газов и мембран для очищения воды. Сферы применения графена варьируются от медицины до строительства.
Свойства графена
Графен — это двумерный материал, слой графита, толщиной в один атом. Он состоит из атомов углерода, плотно соединенных между собой, выстроенных в решётку наподобие пчелиных сот, благодаря чему, он имеет впечатляющие механические свойства: он гибкий, тонкий и на 97% прозрачный.
Хлебные тосты с графеновым рисунком
Учёные из Университета Райса, пытаясь доказать, что в графен можно превратить любые углеродосодержащие материалы, получили тосты. Облучая лазером различные материалы, исследователи получили пористые одноатомные графеновые структуры. Первый подобный эксперимент был проведен в 2014 году: тогда ученые научились превращать полиимидную пленку в графен, облучая ее лазером. В новом эксперименте они доказали, что для превращения в графен подходят разные материалы с высоким содержанием лигнина — вещества, которое содержится в одеревеневших стенках клеток растений.
Исследователи продемонстрировали это, многократно облучая лазером кокосовую скорлупу, картофельную кожуру и пробку. Изучив механизм преобразования материалов, ученые обнаружили, что при первом облучении структура превращается в аморфный углерод, а немного модифицировав процесс, они смогли получить графеновые рисунки на ткани, бумаге и даже хлебных ломтиках.
Огнеупорные обои с датчиками
В 2018 году китайские химики разработали огнеупорные обои с датчиками из оксида графена, предупреждающими о пожаре. Сами обои сделаны из неорганического вещества - гидроксиапатита. Нити гидроксиапатита организованы как в форме плоских переплетенных сеток, так и в виде микрометровых волокон, в которых нити намотаны на провода из оксида кремния. Такие волокна делают обои прочнее, при этом сохраняется устойчивость к открытому огню.
Учёным удалось добиться особой чувствительности графеновых датчиков путём покрытия поверхности сенсора молекулами полидофамина. Если без модификации графеновые датчики срабатывали при температуре около 250 °C, то с полидофаминовым слоем они реагировали на температуру до 130 °C, а время отклика составило всего две секунды.
Нанопинцет для молекул
Американские химики разработали нанопинцет на основе графена, который позволяет манипулировать отдельными молекулами. Принцип его действия основан на эффекте диэлектрофореза — движения поляризованных диэлектрических частиц в жидкости под действием неоднородного электрического поля. Источником такого поля является графен, края которого возбуждаются при подаче напряжения. Учёные смогли направить наночастицы и биологические макромолекулы, такие как ДНК, в нужную точку практически со стопроцентной эффективностью захвата.
Автор: Маргарита Харенко. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.