Перспективы в применении графена и разработка графено-нанотрубочной пены

Сегодня, в век высоких технологий, человечество начинает переход к совершенно новым концепциям в технике, машиностроении, проектировании цифровых электронных устройств. Традиционные материалы для создания разного рода техники, такие как сталь, чугун, полупроводники на основе кремния и других материалов, могут не отвечать требованиям технологий будущего или существенно ограничивать совершенствование современных технических приспособлений. В особенности в будущем потребуются материалы, которые должны быть весьма прочными, при этом имея небольшую массу, а также иметь высокий показатель электрической проводимости. В настоящее время исследователи видят будущее в графене – двумерной модификации углерода.

Графен – это материал, представляющий собой двумерную решётку, состоящую из атомов углерода. В свою очередь, графен с определёнными изменениями решётки, вызывающими явление, называемое дефектом кристалла, может быть превращён в трёхмерную модификацию углерода – фуллерен. Свойства графена удивительны: вещества на основе графена, в среднем, в 10 раз прочнее стали. Они выдерживают до 50 ГПа механической нагрузки, в то время, как лучшая сталь выдерживает до 4-5 ГПа. Следующее важнейшее свойство для механизмов и конструкций будущего – это малая масса графена. Наконец, графен хорошо проводит электрический ток. Эти три свойства при должном развитии технологии получения углеродных нанотрубок помогут создавать конструкции, которые в современном мире недостижимы из-за требований, касающихся относительно малых сечения и веса стальных балок. Высокая проводимость позволит создавать существенно новые электронные устройства.

Сегодня учёные пошли дальше: они разработали новый материал, называемый «графено-нанотрубочная пена». Новая разработка была получена в университете Райс. Полученный материал на основе графена, укреплённого углеродными нанотрубками, по результатам исследований, выдерживает без изменений структуры вес, в 3000 раз превышающий её собственный. Если на пену воздействует вес, величиной в 8500 от веса пены, то материал деформируется на 25%. Причём, из пены возможно создание заготовок любой формы. Это значит, что новый материал будет иметь высокие способности к внедрению его в область строительства и машиностроения в особенности в тех случаях, когда невозможно выточить деталь определённой формы и размеров из стали ввиду несоответствия её механических свойств требуемым показателям. Также стоит упомнить о новейших электронных компонентах микросхем, созданных на основе графена. Современные полупроводники имеют собственные ограничения по показателям, характеризующим максимальный ток, идущий через полупроводниковый прибор, падение напряжения на p-n-переходах, что при больших токах, величиной в килоамперы, например, в мощных тиристорах приводит к существенным потерям энергии и рассеянию её в виде тепла в окружающую среду. Применение углеродных структур может позволить использовать существенно большую часть электрической энергии на работу системы, что, очевидно, позволит повысить КПД всего устройства.

Судя по последним событиям в области материаловедения, в будущем человечество, при удачных обстоятельствах, ожидают изменения в технологическом оснащении. Для технологий и сооружений будущего требуются материалы, слабо реагирующие на агрессивные воздействия окружающей среды; способные выдержать большие механические нагрузки, при этом имея весьма малые сечения; имеющие низкую плотность, а отсюда – и малую массу. Графено-нанотрубочная пена, на данный момент, является одним из наиболее перспективных материалов. Исследования в области новых материалов позволят существенно изменить жизнь и быт человечества, что позволит ему достичь того, что по сегодняшним меркам принимается всем миром как невозможное.

Источник vk.com

Комментарии:

Внимание! Ваш e-mail не будет опубликован. *поля для обязательного заполнения!

Cancel reply