Нобелевские премии просто так не раздают. Это факт. Вот и в 2010 году Нобелем по физике был отмечен совершенно новый материал - графен. Лауреатами стали британские учёные русского происхождения - Андрей Гейм и Константин Новосёлов.
Графен - это аллотропная модификация углерода. Он совершенно не похож на своих собратьев - алмаз, графит и уголь. Структура его - шестиугольники из атомов углерода, соединённые между собой, то есть это углеродная плёнка атомарной толщины. Именно такое строение задаёт особенные свойства графена.
Графен в 300 раз прочнее стали. Только представьте, что можно делать из такого материала! От бронежилетов до космических кораблей, ведь так?!
Графен чрезвычайно лёгок, он легче воздуха. Понятно, что он интересен для строительства самолётов.
Графен имеет очень высокую электропроводимость и в будущем может заменить кремний во всех компьютерных электронных платах.
Графен гораздо лучше чем активированный уголь поглощает и адсорбирует всё, что к нему прикасается. Но не просто поглощает - на его поверхности получаются такие же одноатомные слои поглощённых веществ, то есть двумерные кристаллы этих веществ.
Интересный материал, правда? И хотя сам по себе графен известен довольно давно, способ его промышленного получения был открыт в начале XXI века, что и было отмечено Нобелевской премией. А заключается он в следующем:
Сначала плоские куски графита помещают между липкими лентами обычного канцелярского скотча и расщепляют раз за разом, создавая достаточно тонкие слои. После отшелушивания скотч с тонкими плёнками графита прижимают к подложке окислённого кремния. При этом трудно получить плёнку определённого размера и формы в фиксированных частях подложки. Найденные с помощью оптического микроскопа слабо различимые плёнки подготавливают для измерений. Толщину можно определить с помощью атомно-силового микроскопа или используя комбинационное рассеяние. Используя стандартную электронную литографию и реактивное плазменное травление, задают форму плёнки для электрофизических измерений.
Таков самый первый способ получения графена.
Есть и несколько других, в том числе химических:
Сначала микрокристаллы графита подвергаются действию смеси серной и азотной кислот. Графит окисляется, и на краях образца появляются карбоксильные группы графена. Их превращают в хлориды при помощи тионилхлорида. Затем под действием октадециламина в растворах тетрагидрофурана, тетрахлорметана и дихлорэтана они переходят в графеновые слои толщиной 0,54 нм.
Интересны ещё два метода: радиочастотное плазмохимическое осаждение из газовой фазы и рост при высоком давлении и температуре. Последний способ можно использовать для получения плёнок большой площади.
Уже сейчас из графена делают одежду, например, британская фирма Vollebak выпускает куртки из графена - легкие и дышащие.
Наушники FiiO F3, в которых вся электроника сделана из графеновых транзисторов. Очень хороший звук, прочность, вполне удобная стоимость. Производитель - компания FiiO Electronics Technology.
Итальянская корпорация Graphene Flagship производит графеновые мотоциклетные шлемы. По-моему, очень надёжная штука.
Интересно применение графена в ещё одной перспективной области — для изготовления электродов в ионисторах (суперконденсаторах). Опытные образцы ионисторов на графене имеют удельную энергоёмкость 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30—40 Вт·ч/кг) и впоследствии можно достичь 250 Вт·ч/кг.
Это лишь несколько примеров применения графена. Как видим, будущее наступает прямо сейчас и прямо здесь!
