Материал, обнаруженный в 2004 году, должен был стать революционным. Но только сейчас технология достигает совершеннолетия.
Двадцать лет назад ученые объявили, что создали новый чудо-материал, который изменит нашу жизнь. Они назвали его графеном.
Состоящий из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде шестиугольника, он является одним из самых прочных материалов, когда-либо созданных, и, по большому счету, он является лучшим проводником электричества и тепла, чем медь.
Перспективы революции в технологиях казались бесконечными, и предсказывалось новое поколение сверхбыстрых процессоров и компьютеров. В сообщениях говорится, что это может позволить батареям заряжаться в пять раз быстрее, а бетон сделать на 35% прочнее.
Он даже был предложен в качестве решения проблемы выбоин; Просто смешайте его с традиционным материалом покрытия, и проклятие современного вождения будет искоренено.
Открывшие его ученые из Манчестерского университета Андре Гейм и Константин Новоселов в 2010 году были удостоены Нобелевской премии по физике, а в университете был создан Национальный институт графена.
Но ажиотаж вокруг этого чудо-материала значительно поутих. Графен еще не вызвал революцию в электронике; Выбоины до сих пор с нами.
Так что же случилось с графеновой революцией? Почему она не изменила наш мир? Сэр Колин Хамфрис, профессор материаловедения в Лондонском университете королевы Марии, дает простой ответ: «Графен по-прежнему является очень перспективным материалом. Проблема заключалась в том, чтобы масштабировать его производство. Вот почему он не оказал того влияния, которое было предсказано».
Графен изначально был сделан довольно необычным способом, объяснил Хамфрис. Гейм и Новоселов создали его, наложив липкую ленту на куски графита и отслаивая слои, пока не получили слой толщиной с атом.
«Но это будет всего лишь крошечная чешуйка, несколько миллиметров в поперечнике», — добавил он. «Вы не можете делать электронные устройства из таких обрезков. Для функционирования устройств необходимо иметь не менее 6-дюймовых пластин материала. Таким образом, IBM, Samsung и Intel потратили миллиарды, пытаясь масштабировать производство графена, чтобы производить его в полезных формах и количествах, но без особого успеха».
В результате графеновая революция была приостановлена, хотя в последнее время появились обнадеживающие признаки того, что технология может вскоре вернуть большую часть своих первоначальных обещаний.
Хамфрис считает, что рынок вскоре может оживиться благодаря прорывам в производстве устройств на основе графена. Ключевая разработка в этом направлении была сделана Хамфрисом и его коллегами, которые поняли, что технология, используемая для изготовления электронных компонентов из нитрида галлия, может быть использована для производства графена в больших масштабах.
«Мы использовали некоторые из первых графенов, которые мы изготовили таким образом, чтобы создать датчик, который может обнаруживать магнитные поля», — сказал Хамфрис, который с тех пор со своей командой основал дочернюю компанию Paragraf.
Расположенная в деревне Сомершем в графстве Кембриджшир, она стала одной из первых компаний в мире, начавших массовое производство устройств на основе графена. Два реактора, по форме напоминающие печи для пиццы, в настоящее время производят достаточно графена, чтобы производить 150 000 устройств в день.
Они используются компанией Paragraf двумя способами: во-первых, для производства датчиков, измеряющих магнитные поля. Их можно использовать для обнаружения неисправных аккумуляторов в электровелосипедах и электроскутерах, предотвращая возгорание.
Второй тип датчиков может дифференцировать бактериальные и вирусные инфекции, показывая, являются ли антибиотики подходящим лечением. «Мы также считаем, что можем использовать наши биосенсоры, чтобы определить, есть ли у кого-то сепсис или нет, за несколько минут», — сказал Хамфрис.
Тот факт, что графеновые устройства, вероятно, будут потреблять меньше энергии, чем нынешние устройства, также важен, добавил он.
Кремниевый век подходит к концу. Мы достигли предела количества транзисторов, которые мы можем втиснуть в один чип, в то время как потребляемая ими энергия удваивается каждые три года.
А это означает, что если ничего не произойдет, а мы продолжим делать то, что делаем, кремниевые устройства будут потреблять всю электроэнергию в мире, что является огромной угрозой для наших стремлений к нулевому уровню выбросов.
Графеновая технология, возможно, появилась позже, чем мы первоначально надеялись, но у нее есть потенциал, чтобы обойти эти проблемы и реально изменить современную жизнь».