Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискСмотриComboВсе проекты

10 лет назад россияне получили Нобелевку. Их открытие стало революцией в физике

В 2010 году российские ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию за передовые опыты с графеном — двумерным материалом, представляющим собой слой углерода толщиной всего в один атом. Редакция Hi-Tech Mail.ru рассказывает об удивительных свойствах графена и о том, почему за 10 лет произошел настоящий «графеновый бум».

Самый прочный и тонкий в мире

В школе создания черновых заметок и черчения ученики пользуются простыми карандашами, сердцевина которого сделана из графита. Это материал, созданный из углеродных пластинок, связанных между собой в шестиугольники. Графен — одна такая пластинка, которую достаточно трудно выделить. Кажется, что сломать графитовый карандаш очень легко; на самом деле, чем тоньше углеродная пластинка, тем она прочнее. Ученые определяют графен как гексагональную решетку атомов углерода толщиной всего в один атом. Если сложно, то это нечто в триста тысяч раз тоньше бумаги и в шестьдесят тысяч раз тоньше самого мелкого вируса.

Идеальная кристаллическая структура графена представляет собой гексагональную кристаллическую решётку. Фото: Wikimedia / AlexanderAlUS / CC BY-SA 3.0

Сперва исследователям было непросто поверить, что всего один углеродный слой может быть стабильным при комнатной температуре. Благодаря уникальным свойствам и высокому качеству его решетки, графен не только проводит электроны быстрее, чем любое другое вещество, но и выигрывает в прочности у алмаза — наиболее близкого к нему вещества. Алмаз не такой стабильный как графен, который может выдерживать нагрузку более пяти тонн без разрушения.

Еще из топ-качеств: графен обладает структурой полупроводника, при этом способен проводить электричество как проводник. К его свойствам также относят хорошую теплопроводность, упругость и гибкость. Температура его плавления — 3000 градусов. Несмотря на то, что графен в двести раз прочнее стали, если использовать его на подложке из мягкого материала, он перенимает его свойства.

Очевидно, что материал с такими характеристиками должен иметь серьезную причину не стать одним из самых популярных в промышленных и бытовых ситуациях. Причина есть – графен действительно трудно производить. К 2018 году самое большое количество концентрированного графена, которое удалось изготовить, — лист размером с кредитку. Для этого использовалось масло сои, нагретое до 800 градусов и лист никелевой фольги. Соединение двух компонентов привело к упорядочиванию углерода в пластину графена. Попытки получить листы крупнее приводили к ухудшению качества самого материала. Только в последние годы производство графена начало выходить за пределы исследовательских лабораторий.

Еще один недостаток соединения — его возможная токсичность. В 2010 году американские исследователи обнаружили, что один из способов производства графена убивает живые клетки. При размешивании графита или углерода в воде образуются мелкие частицы графена размером меньше ста нанометров. Проходя через клеточную мембрану, такие частицы действительно уничтожают клетку. Метод добычи графена путем химического осаждения газовой фазы позволяет избежать такого исхода. Однородный слой атомов первоначально распределяется по большой площади (100 на 100 миллиметров), которая постепенно уменьшается. После этого слой закрепляется на подложке и токсичность материала падает.

Как сделать открытие на «Нобелевку» с помощью карандаша и скотча

В 2004 году российские ученые, выпускники Московского физико-технологического института, Андрей Гейм и Константин Новоселов выпустили статью, опубликованную в журнале Science. В ней они рассказали, как, имея всего лишь простой графитовый карандаш и скотч, получили новый материал. Исследователи снимали слои графита скотчем пока не дошли до слоя толщиной всего в один атом. За новаторские эксперименты с графеном в 2010 году они стали лауреатами Нобелевской премии, а также удостоились звания рыцарей-бакалавров, дарованного английской королевой.

1) Андрeй Гейм. Фото: wikimedia / Bengt Oberger / CC BY-SA 4.0 / 2) Константин Новосёлов. Фото: wikimedia / Holger Motzkau / CC-BY-SA-3.0

С тех пор количество научных исследований, посвященных графену, растет с каждым годом. В 2016 году они составляли 1% от всех публикаций в мире, согласно данным Web of Science — крупнейшей базы научных работ. На 2017 год количество работ превысило сто тридцать тысяч. Несмотря на то, что открытие было сделано российскими учеными, почти половина научных публикаций принадлежит китайским исследователям. В 2013 году в Китае был создан Инновационный альянс графеновой промышленности. Эксперты предсказывают, что в будущем в Китае сконцентрируется до 80% мировой графеновой индустрии.

Европейский союз запустил проект Graphene Flagship, в рамках которого взаимодействуют исследовательские организации и промышленные компании, куда вложен 1 млрд евро. В Америке в 2017 году появилась Национальная графеновая ассоциация. Среди членов консультативного совета — представители компаний Apple, IBM, Cisco.

Первооткрыватели — Андрей Гейм и Константин Новоселов — работают в Университете Манчестера в Великобритании. Там же находится Национальный институт графена — масштабный исследовательский центр. Если кого-то удивляет, что многие российские исследователи предпочитают заниматься разработками за рубежом, объяснение простое. В России нет исследовательских центров, которые были бы сосредоточены только на изучении графена и его свойств. Из-за этого нет последовательной государственной поддержки; кажется, что раз Нобелевская премия уже получена, работать в этом направлении уже поздно. Хотя симбиоз научных исследований с практическим применением позволяет постепенно открывать все новые свойства материала.

Бесконечный аккумулятор и сверхпрочные танки – часть того, что позволил сделать графен

Графен лег в основу современной медицинской биоэлектроники. Ученые создают нейродевайсы и биосенсоры, чтобы с их помощью улучшить процесс диагностики и эффективнее лечить болезни. Чтобы такие устройства были доступны в каждой больнице нужно развивать индустрию: нужны тысячи и миллионы экземпляров, в то время как для исследований изготавливается от 10 до 100 штук. Также, графен может способствовать уничтожению раковых клеток, так как способен преобразовывать свет в электричество.

Нефте- и газодобывающие компании по всему миру изучают графеносодержащие жидкости. В перспективе их можно использовать в буровых растворах и для изготовления полимерных труб и покрытий для нефте- и газопроводов. Графен — многообещающее направление для исследований в области возобновляемой энергетики, например в разработках прозрачных солнечных батарей и аккумуляторов с высокой емкостью. Благодаря своим свойствам, графен способен стать компонентом опресняющего устройства для морской воды. Сверхпрочные бронежилеты и военное оружие, архитектурные сооружения, способные выдерживать взрывы, смартфоны с гибким дисплеем и бесконечным зарядом — все это также потенциальные поля для использования графена.

Во время загрузки произошла ошибка.

Компания Samsung ведет активные разработки по внедрению графеновых шариков в аккумуляторы смартфонов. По прогнозам, в случае успеха емкость аккумуляторов увеличится на 45%, а заряжаться телефон станет в пять раз быстрее. Добавление графена в корпус смартфона позволит сделать его в разы удароустойчивее и, возможно, избавит от необходимости носить защитные чехлы.

Это тоже интересно:

Во время загрузки произошла ошибка.
Поделись с друзьями — нажми на одну из кнопок ниже!
Обзоры новинок
Подробности о главных премьерах
Комментарии
12
Денис Брайтон
Блин, вот как же предсказуемо было, что эти ученые работают где угодно, но не в России.
СсылкаПожаловаться
Александр
Любая технология начинается с чего то. Первые компьютеры были далеко не такие, как сейчас. Но успех будет у тех, кто развивает, разрабатывает, исследует. А у тех, кто просто распиливает остатки - не будет ничего. Нас нет в будущем, господа. Мы выпали из корабля прогресса.
СсылкаПожаловаться
Денис
Графену до сих пор не нашли применения НИГДЕ. Что за умственно отсталый пишет эти популистские статьи??
СсылкаПожаловаться
алексей индюхин
а когда бензин станет дешевле чем в сша???
СсылкаПожаловаться
Сергей Кузнецов
В ответ на комментарий от Edward Pryamkov
Edward Pryamkov
Погуглите про этих "россиян". Они к России не имеют никакого отношения.
СсылкаПожаловаться
Именно. Мэйл ру совсем с катушек съехал с такими новостями.
СсылкаПожаловаться
Edward Pryamkov
Погуглите про этих "россиян". Они к России не имеют никакого отношения.
СсылкаПожаловаться
Praporilo
В ответ на комментарий от Александр Сорокин
Александр Сорокин
Очередные жертвы ЕГ. Из чего интересно вирусы сделаны если самый мелкий из их всего в 5 раз тоньше листа бумаги? Вирусы оказывается можно и не вооруженным глазом рассмотреть.
СсылкаПожаловаться
Жертвы ЕГ это конечно катастрофа для общества.. Но конкретно в данном случае ты не прав.. Порассуждай логически, даже без вычислений можно понять
СсылкаПожаловаться
Сергей Гурин
Несмотря на удивительные свойства графена, его до сих пор нет не только в быту, но и в промышленных системах. Хотя казалось бы производство графена увеличилось в десятки раз. Куда он уходит - вот в чем вопрос.
СсылкаПожаловаться
Александр Сорокин
Очередные жертвы ЕГ. Из чего интересно вирусы сделаны если самый мелкий из их всего в 5 раз тоньше листа бумаги? Вирусы оказывается можно и не вооруженным глазом рассмотреть.
СсылкаПожаловаться
Александр Сорокин
Очередные жертвы ЕГ. Из чего интересно вирусы сделаны если самый мелкий из их всего в 5 раз толще листа бумаги?
СсылкаПожаловаться
Александр Сорокин
Очередные жертвы ЕГ. Из чего интересно вирусы сделаны если самый мелкий
СсылкаПожаловаться
ДАРМИДОН ЕВЛАМПЫЧЪ
Лет так с шесть назад, видел в продаже кольцо из графена, ценником выше благородных металлов, ещё подумалось - что за кусок шлифованного угля. А тут вон оно что оказалось, перспектива круче углепластика и ваутехнологии от любимой мной компании. Пропал мир, сгинет если не в геене огненной, то с Южанами точно с катушек съедет. И это будет ещё начало.. Одно любопытно, Маск намедни клялся показать обезьянок с чипами практикующими компьютер силой мысли, блютузом и электродами с приёмником.. И тишина..
СсылкаПожаловаться
Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться.
Вы не ввели текст комментария
Вы не ввели текст комментария
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас