Що таке графен: спосіб отримання, властивості та застосування

Про можливість існування графена теоретично вчені знали вже давно. Проте вперше цей цікавий матеріал був отриманий у 2004 р. фахівцями Манчестерського університету К. Новосьоловим і А. Геймів. За свої розробки ці вчені в 2010 р. були удостоєні Нобелівської премії.

Оскільки отриманий графен був відносно недавно, підвищений інтерес до себе він приваблює як з боку науковців, так і простих людей. У будь-якому випадку, завдяки своїм незвичайним властивостям, він вважається одним з найперспективніших наноматеріалів, способів застосування якому можна знайти безліч.

Що таке графен

З давніх часів людям були відомі дві модифікації вуглецю — алмаз і графіт. Різниця між цими двома речовинами полягає лише в будові кристалічної решітки.

У алмазів атомні осередки мають кубічну форму і відрізняються щільною організацією. Графіт на атомарному рівні складається з розташованих в різних площинах пластів. Саме будова кристалічної решітки і визначає властивості обох цих речовин.

Алмаз — найтвердіший матеріал на планеті, графіт легко руйнується і кришиться. Відбувається руйнування графіту з-за того, що атоми в його кристалічній решітці, що знаходяться в різних шарах, практично не мають зв’язків. Тобто при механічному впливі шари графіту просто-напросто починають відділятися один від одного.

Саме завдяки такій властивості цієї вуглецевої модифікації і був отриманий новий матеріал — графен. Він являє собою просто один з пластів графіту товщиною в один атом.

Всередині кожного одноатомного шару зв’язку в графіті навіть більш міцні, ніж у кубічних клітинках алмазу. Відповідно, і цей матеріал є більш твердим, ніж алмаз.

Спосіб одержання та властивості

Спосіб отримання графена К. Новоселів і А. Гейм розробили технологічно простий, але досить трудомісткий. Вчені просто зафарбовували графітовим олівцем звичайний скотч, а потім складали його і разлепляли. В результаті графіт поділявся на два пласта. Далі вчені повторювали цю процедуру величезна кількість разів до отримання самого тонкого шару в один атом.

Оскільки зв’язки в двовимірній гратці цього матеріалу надзвичайно міцні, на даний момент він є самим тонким і міцним з усіх відомих людству. Властивості графен має наступні:

  • майже повну прозорість;
  • гарну теплопровідність;
  • гнучкість;
  • інертність до дії кислот і лугів при звичайних умовах.

Вага графен має дуже невеликий. Всього кілька грамів цього матеріалу можна використовувати для того, щоб повністю покрити футбольне поле.

Також графен є ідеальним провідником. Вченими була створена стрічка цього матеріалу, в якій електрони здатні пробігати, не зустрічаючи перешкод, більше 10 мікрометрів.

Відстань між атомами в цій вуглецевої модифікації дуже невелика. Тому через цей матеріал не можуть проходити молекули яких-небудь речовин.

Можливі способи застосування графена

Матеріал це насправді дуже перспективний. З графена, наприклад, можна робити гнучкі і абсолютно прозорі екрани смартфонів і телевізорів.

Також вважається, що цей матеріал незабаром буде активно використовуватися для отримання питної води з морської або очищення прісної. Тонкі пластини графена зі спеціально зробленим в них отворами розміром молекул води можуть бути використані як фільтри для солей і інших речовин.

На основі непроникного графена можна також створювати антикорозійні аерогелі для металу, наприклад, для кузовів автомобілів.

Оскільки цей матеріал відрізняється високою міцністю і при цьому має невелику вагу, його можна використовувати і в авіабудівній галузі. Вважається також, що прозорий графен буде широко застосовуватися в якості альтернативи кремнію при виробництві фотоелементів.

Багато вчених вважають, що цей матеріал здатний, крім усього іншого, використовуватися для виробництва ємних батарей. Смартфони з такими батареями, приміром, будуть заряджатися лише кілька хвилин або навіть секунд, а потім працювати дуже довгий час.

Відео по темі