Применение графена

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Графен
См. также: Портал:Физика

Применение графена находится на начальной стадии научно-исследовательских разработок и исследований. В перспективе графеновая электроника рассматривается как основное применение графена. Отсутствие запрещённой зоны позволяет рассматривать графен как идеальный материал для детектирования инфракрасного света и терагерцового излучения.

Оптика[править | править код]

В 2011 году в журнале Science была опубликована работа[1], где на основе графена предлагалась схема двумерного метаматериала (может быть востребован в оптике и электронике).

Аккумуляторы[править | править код]

В 2013 году в НИИ Физических проблем была обнаружена Коробчатая графеновая наноструктура (КГНС),[2] представляющая собой многослойную систему расположенных вдоль поверхности параллельных полых наноканалов с четырёхугольным поперечным сечением. Толщина стенок/граней наноканалов около 1 нм. Поперечные размеры наноканалов равны примерно 25 нм. Протяжённость наноканалов составляет несколько сотен нанометров. КГНС может использоваться в качестве основы при создании сверхчувствительных датчиков, высокоэффективных каталитических ячеек, наноканалов для манипулирования-секвенирования ДНК, высокоэффективных теплоотводящих поверхностей, аккумуляторов с улучшенными характеристиками, наномеханических резонаторов, каналов умножения электронов в приборах эмиссионной наноэлектроники, сорбентов большой ёмкости для безопасного хранения водорода.

Медицина[править | править код]

В 2014 году исследователи из Массачусетского технологического института разработали технологию, позволяющую делать в листах графена отверстия определённого диаметра и получать сверхтонкие фильтры для высокой степени опреснения и очистки воды[3]. В феврале 2018 года специалисты Объединения научных и прикладных исследований Австралии (CSIRO) предложили дешёвый способ массового и недорогого производства подходящих листов графена. По мнению представителей CSIRO, разработанная технология позволит отказаться от дорогостоящих и многоступенчатых методов очистки воды и способна привести к прорыву в решении проблемы нехватки питьевой воды[4].

В медицинских исследованиях графен демонстрирует противораковые свойства. Команда исследователей из Университета Манчестера в Великобритании во главе с Майклом Лизанти (Michael Lisanti) опубликовали статью в журнале «Oncotarget», посвящённую тому, как окись графена выборочно поражает стволовые клетки, относящиеся к категории раковых[5]. Во время исследования учёные оценили эффекты графена при шести разных видах рака: молочной железы, лёгких, поджелудочной железы, простаты, яичников и головного мозга. Во всех случаях получен положительный результат. Предполагается, что графен может быть эффективен при широком диапазоне опухолей.

Электроника[править | править код]

Термоэлектрический эффект для графена превосходит резистивный омический нагрев, что в перспективе позволит создание на его базе схем, не требующих охлаждения[6][7].

Термоэлектрический эффект позволит существенно повысить КПД полупроводниковых солнечных батарей с использованием графена. Добавление графена во многие конструкционные материалы повышает их прочность, износостойкость. Так, свойства бетона после добавления 0,05 % графена улучшаются за счёт возрастания прочности.[8]

Пластиковые листы с добавкой графена используются для теплоотвода[9] в плоских и лёгких конструкциях мобильных телефонов, где они переносят тепло от аккумулятора[10][11].

Примечания[править | править код]

  1. Предложена схема двумерного метаматериала на основе графена
  2. R. V. Lapshin (2016). “STM observation of a box-shaped graphene nanostructure appeared after mechanical cleavage of pyrolytic graphite” (PDF). Applied Surface Science [англ.]. Netherlands: Elsevier B. V. 360: 451—460. arXiv:1611.04379. Bibcode:2016ApSS..360..451L. DOI:10.1016/j.apsusc.2015.09.222. ISSN 0169-4332. (имеется перевод на русский).
  3. David L. Chandler. How to create selective holes in graphene. New technique developed at MIT produces highly selective filter materials, could lead to more efficient desalination (англ.). MIT News Office (25 февраля 2014). Дата обращения: 6 апреля 2018.
  4. В Австралии создали технологию фильтрации и опреснения воды при помощи графена. NEWSru.com (15 февраля 2018). Дата обращения: 16 февраля 2018.
  5. Catharine Paddock PhD. Graphene shows anticancer potential (англ.). Medical News Today (26 февраля 2015). Дата обращения: 23 марта 2015.
  6. Микросхемы из графена смогут охлаждать сами себя Архивная копия от 16 октября 2017 на Wayback Machine
  7. Self-cooling observed in graphene electronics | News Bureau | University of Illinois (недоступная ссылка). Дата обращения: 12 октября 2018. Архивировано 18 августа 2015 года.
  8. Евгений Аметистов Графен меняет все // Эксперт, 2021, № 21. — с. 55-57
  9. Уникальное вещество и его применения – Наука – Коммерсантъ
  10. Graphene Filled In High Thermal Conductivity Plastics - Digital Journal
  11. https://www.researchgate.net/publication/345416166_Graphene_film_for_thermal_management_A_review

Литература[править | править код]

  • Mathieu Massicotte, Giancarlo Soavi, Alessandro Principi, Klaas-Jan Tielrooij (2021), Hot carriers in graphene -- fundamentals and applications, arΧiv:2105.08352. 
  • Satender Kataria, Stefan Wagner, Jasper Ruhkopf, Aamit Gahoi, Himadri Pandey, Rainer Bornemann, Sam Vaziri, Anderson D. Smith, Mikael Östling, Max C. Lemme (2021), Chemical vapor deposited graphene: From synthesis to applications, arΧiv:2103.14880. 
  • Sanshui Xiao, Xiaolong Zhu, Bo-Hong Li, N. Asger Mortensen (2016), Graphene-plasmon polaritons: From fundamental properties to potential applications, arΧiv:1606.00471. 
  • Eric Pop, Vikas Varshney, Ajit K. Roy (2013), Thermal properties of graphene: Fundamentals and applications, arΧiv:1301.6181. 
  • Singh, Arun. Carrier Modulation in Graphene and Its Applications. — Singapore : Jenny Stanford Publishing, 2021. — ISBN 9814877603.
  • Ray, Sekhar. Applications of graphene and graphene-oxide based nanomaterials. — Amsterdam : William Andrew is an imprint of Elsevier, 2015. — ISBN 0323375219.
  • Warner, Jamie. Graphene : fundamentals and emergent applications. — Amsterdam : Elsevier, 2013. — ISBN 0123945933.
  • Wypych, George. Graphene : important results and applications. — Toronto : ChemTec Publishing, 2019. — ISBN 9781927885512.