Mikä on grafeeni ja mitä se voi tehdä?

Jos olet ollut lähellä tiedelehteä viimeisen vuosikymmenen aikana, olet törmännyt jonkinlaiseen superlatiiviin grafeenista - kaksiulotteisesta ihmemateriaalista, joka lupaa muuttaa kaiken tietojenkäsittelystä biolääketieteeksi.

Grafeenin sovelluksissa on paljon hyppyjä kourallisen merkittävien ominaisuuksien ansiosta. Se on miljoona kertaa ohuempi kuin hiukset, mutta 200 kertaa vahvempi kuin teräs. Se on joustava, mutta voi toimia täydellisenä esteenä ja erinomainen sähkönjohdin. Yhdistä kaikki tämä yhteen ja saat materiaalia, jolla on monia mahdollisesti vallankumouksellisia sovelluksia.

voitko poistaa yrityksesi yrityksestä

Mikä on grafeeni?

Grafeeni on hiiltä, ​​mutta yhden atomin paksuisessa kennoristikossa. Jos palaat takaisin vanhoihin kemian oppitunneihisi, muistat, että kokonaan hiilestä koostuvilla materiaaleilla voi olla dramaattisesti erilaiset ominaisuudet sen atomien järjestyksestä riippuen (erilaiset allotroopit). Esimerkiksi lyijykynän grafiitti on pehmeää ja tummaa verrattuna kihlasormuksen kovaan ja läpinäkyvään timanttiin. Ihmisen tekemät hiilirakenteet eivät ole erilaisia; pallon muotoinen Buckminsterfullerene toimii eri tavalla kuin hiilinanoputkien käämitetyt järjestelyt.

Grafeeni on valmistettu hiiliatomilevystä kuusikulmaisessa ristikossa. Edellä mainituista se on muodoltaan lähinnä grafiittia, mutta vaikka kyseinen materiaali on valmistettu kaksiulotteisista hiililevyistä, joita kerros kerrokselta pidetään heikoilla molekyylien välisillä sidoksilla, grafeeni on vain yhden arkin paksuinen. Jos pystyisit kuorimaan yhden, yhden atomin korkean hiilikerroksen grafiitista, sinulla olisi grafeenia.

Grafiitin heikot molekyylien väliset sidokset tekevät siitä näyttävän pehmeältä ja hiutaleelta, mutta itse hiilisidokset ovat vankkoja. Tämä tarkoittaa, että pelkästään näistä hiilisidoksista koostuva levy on vahva - noin 200 kertaa enemmän kuin vahvin teräs, samalla kun se on joustava ja läpinäkyvä.

Grafeenia on teoretisoitu pitkään, ja sitä valmistetaan vahingossa pieninä määrinä niin kauan kuin ihmiset ovat käyttäneet grafiittikyniä. Sen tärkein eristäminen ja löytö on kuitenkin kiinnitetty Andre Geimin ja Konstantin Novoselovin työhön vuonna 2014 Manchesterin yliopistossa. Kaksi tutkijaa pitivät perjantai-iltana kokeita, joissa he testasivat ideoita päivätyönsä ulkopuolella. Yhdessä näistä istunnoista tutkijat käyttivät skottiteippiä ohuiden hiilikerrosten poistamiseen grafiittipussista. Tämä uraauurtava tutkimus johti lopulta grafeenin kaupalliseen tuotantoon.

Saatuaan fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2010, Geim ja Novoselov lahjoittivat teippiannostelijan Nobelin museolle.

ristiriitabotti, joka määrittää roolit automaattisesti

Mihin grafeenia voidaan käyttää?

Yksi tärkeä asia on huomata, että tutkijat kehittävät kaikenlaisia ​​materiaaleja grafeenin ympärille. Tämä tarkoittaa, että on luultavasti parempi ajatella grafeeneja, samalla tavalla kuin muovit. Grafeenin tulo voi lähinnä johtaa kokonaan uuteen materiaaliluokkaan, ei vain yhteen uuteen materiaaliin.

Katso aihetta Mikä on turbulenssi? Uranukselta löydetyn fysiikan miljoonan dollarin kysymyksen 'Timanttisade' purkaminen on luotu uudelleen maapallolle - ja se voi auttaa ratkaisemaan kasvavan energiakriisin.

Sovellusten osalta tutkimusta tehdään niin laajalla alueella kuin biolääketiede ja elektroniikka kasvinsuojeluun ja elintarvikepakkauksiin. Esimerkiksi grafeenin pintaominaisuuksien muokkaaminen voisi tehdä siitä erinomaisen materiaalin lääkkeiden jakeluun, kun taas materiaalin johtavuus ja joustavuus voisivat ennakoida uuden sukupolven kosketusnäyttöpiirejä tai taitettavia puettavia laitteita.

Se, että grafeeni kykenee muodostamaan täydellisen esteen nesteille ja kaasuille, tarkoittaa sitä, että sitä voidaan käyttää myös muiden materiaalien kanssa suodattamaan mikä tahansa määrä yhdisteitä ja alkuaineita - mukaan lukien helium, joka on poikkeuksellisen vaikea estää kaasua. Tällä on monia sovelluksia teollisuudessa, mutta se voi myös osoittautua erittäin hyödylliseksi veden suodatuksen ympäristötarpeille.

Grafeenin monitoimiset ominaisuudet avaavat ovet valtavalle määrälle komposiittikäyttöjä. Vaikka on pohdittu paljon, miten se voi parantaa olemassa olevaa tekniikkaa, alan jatkuva kehitys johtaa lopulta kokonaan uusiin alueisiin, jotka olisivat aiemmin olleet mahdotonta. Voisimmeko nähdä uuden ilmailutekniikan luokan syntyvän? Entä lisätyn todellisuuden optiset implantit? Sen ulkonäkö on 21. vuosisata, jolloin saamme tietää.