Три месяца назад мы опубликовали репортаж «Графен: вещество, которое изменит наш мир». Принимая во внимание интерес к этой теме читателей нашего блога и в связи с новейшими событиями в развитии этого революционного материала, мы подготовили продолжение репортажа, чтобы более подробно осветить некоторые сферы применения графена и сделать обзор новостей, связанных с этой темой.
Видео «Графен: характеристики и возможности применения» (Tecnonauta). На исп. языке.
Vídeo en ingles:
Открытие графенового аэрогеля, самого легкого в мире вещества
Группе ученых из Чжэцзянского университета (Китай) под руководством профессора Гао Чао удалось создать самое легкое на сегодняшний день вещество (плотностью всего 0,16 мг/см3): ультралегкий гель на основе углеродных нанотрубок, вода из которых была извлечена путем сухого замораживания, и пленок оксида графена, из которого затем был извлечен кислород. Среди возможностей применения аэрогеля отмечают хранение энергии, в микроэлектронике и даже его использование в качестве мощного абсорбента, например, при очищении морей от разлившейся нефти.
Профессор Гао Чао рассказывает о своем открытии (на англ. языке).
Опреснение воды
Ученые изучают возможности использования графена в процессе опреснения воды: для удаления соли из морской или солоноватой воды, чтобы сделать воду питьевой или пригодной для других целей.
Источник: Веб-сайт компании Lockheed Martin.
Так, компании Lockheed Martin, известному производителю военных и авиационных систем, удалось просверлить графен (напомним, что пленка графена имеет толщину в один атом) таким образом, чтобы получить достаточно большие отверстия, чтобы пропустить молекулы воды, и достаточно маленькие, чтобы удержать молекулы соли. Преимуществом нового метода по сравнению с традиционными является чрезвычайная тонкость графена: чем тоньше фильтрующий материал, тем меньше энергии требуется для обратного осмоса (см. пресс-релиз на англ. языке).
Видео Массачусетского технологического института (MIT).
Модифицированный текстиль
Еще одной замечательной характеристикой графена является непроницаемость. Ученые по всему миру работают над различными возможностями применения этого свойства, например, в производстве водонепроницаемых тканей.
Профессор Политехнического университета Валенсии (UPV) Франсиско Касес рассказывает о применении графена в текстильной промышленности (на исп. языке).
Открыта новая характеристика графена: способность полностью поглощать свет
Испанские ученые из Химико-физического института Rocasolano в Мадриде и Института фотонных наук (ICFO) в Барселоне открыли способность графена полностью поглощать световые волны разной длины. Это свойство графена, в дополнение к уже известным, позволяет, в частности, создавать сенсоры инфракрасного излучения, биосенсоры, фотоаппараты, солнечные панели и др. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, а ее выводы служат основой для новых возможностей применения, о которых мы расскажем далее.
Фотоаппараты без вспышки с более чувствительными и дешевыми сенсорами
В настоящее время компактные фотоаппараты имеют встроенный фотосенсор CMOS, не позволяющий получать детальные изображения в условиях недостаточного освещения. Только фотоаппараты DSLR позволяют получать снимки высокого качества в таких условиях, но они весьма дорогие.
Группа ученых из Наньянского технологического университета в Сингапуре под руководством профессора Ван Цицзе создала фотосенсор из чистого графена, который в недалеком будущем позволит получать четкие изображения в темноте даже без фотовспышки.
Профессор Ван Цицзе, изобретатель графенового сенсора.
Новый сенсор чрезвычайно чувствителен как к видимому свету, так и к ИК-излучению: почти в 1000 раз более чувствителен, чем фотосенсоры любого современного фотоаппарата. Другими словами, он можно поглощать в 1000 раз больше света, чем фотосенсоры цифровых фотоаппаратов. Возможное применение графенового сенсора включает, наряду с использованием в обычных фотоаппаратах, получение изображений со спутника, коммуникационные технологии и излучение среднего ИК-диапазона.
Производители должны будут лишь заменить используемые сегодня фотосенсоры на графеновые, не внося никаких других изменений в производственный процесс. По мнению авторов открытия, графеновые сенсоры позволят снизить конечную стоимость фотоаппаратов, которые к тому же будут потреблять в 10 раз меньше энергии.
Предельно короткие лазерные импульсы во всем спектре видимого света
Благодаря способности поглощать световые волны широкого спектра, по данным, полученным в ходе экспериментов, будет возможно использовать графен для создания предельно коротких лазерных импульсов любой длины световой волны длительностью до нескольких долей наносекунды (в 2009 году физику Андреа Феррари из Кембриджского университета удалось доказать возможность поглощать свет в спектре ИК-излучения). Это открытие позволит создавать лазеры меньшего размера и снизить их себестоимость для использования в микроинжиниринге и медицинском оборудовании. (см. статью в журнале Nature).
Патентуется технология, позволяющая получать графен из кокса
Как мы писали в предыдущем репортаже, графен получается из естественного графита, добываемого в угольных шахтах. Несмотря на изобилие сырья в природе, процесс получения графена предполагает большие затраты в связи с необходимостью работы при высоких температурах. Тем не менее, недавно группе испанских ученых из Национального института угля (INCAR-CSIC) удалось получить графен из кокса, продукта коксования каменного угля и нефти. Новая технология, уже запатентованная, значительно снижает себестоимость графена по сравнению с его выработкой из графита. Новый испанский патент позволит стране занять выгодные позиции в исследовательской гонке, в которой принимают ученые по всему миру.
Слева каменный уголь; справа кокс.
Группа ученых — во главе с руководителем группы композиционных материалов института INCAR-CSIC и координатором CSIC в Астурии доктором наук Розой Менендес— примет участие в европейском проекте Coalphenes, финансируемом Европейской Комиссией, и в течение трех лет займется исследованием в области получения графеновых композиционных материалов из производных угля для их использования в процессах, требующих материалы с высокой способностью рассеивать тепло. (enlace al INCAR en inglés para Juan. http://www.incar.csic.es/composite).
Графен. Жизнь через 50 лет (Neurosol).
Испания занимает ведущее положение в исследовании графена
Как видно из наших репортажей, Испания принимает активное участие в теоретических и прикладных исследованиях графена. Различные университеты и предприятия сотрудничают в рамках передовых европейских проектов, становясь признанными лидерами в этой новой отрасли.
В нашем регионе Политехнический университет Картахены подписал соглашение о сотрудничестве с расположенной в городе Йекле компанией Graphenano для поиска новых возможностей промышленного применения. Компания будет снабжать университет разными формами графена и углеродными нановолокнами, чтобы ученые смогли выполнять свою работу.
Источники и интересные ссылки:
Испанское телевидение RTVE:
Национальный институт угля INCAR-CSIC:
http://www.incar.csic.es/composite_divulgacion
Журнал Nature:
http://www.nature.com/nature/index.html
Статья:
Critical temperatures in the synthesis of graphene-like materials by thermal exfoliation–reduction of graphite oxide
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000862231200807X
