ग्राफीन और उसके आवेदन। ग्राफीन की खोज। आधुनिक दुनिया में नैनो

अपेक्षाकृत विज्ञान और प्रौद्योगिकी में हाल ही में एक नया क्षेत्र, नैनो कहा जाता है। इस अनुशासन के लिए संभावनाएँ सिर्फ विशाल नहीं है। वे महत्वाकांक्षी हैं। कण, के रूप में "नैनो" के रूप में किसी भी मूल्य का एक अंश का एक billionth के बराबर एक मूल्य है। ये आकार केवल परमाणु और अणु के आकार की तुलना में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक नैनोमीटर एक मीटर के एक बिलियन कहा जाता है।

विज्ञान के नए क्षेत्र की मुख्य दिशा

नैनो उन है कि अणुओं और परमाणुओं के स्तर पर बात हेरफेर कहा जाता है। इसलिए, विज्ञान के इस क्षेत्र भी आणविक तकनीक कहा जाता है। इसके विकास के लिए प्रोत्साहन क्या था? आधुनिक दुनिया में नैनो व्याख्यान करने के लिए धन्यवाद दिखाई दिया Richardà Feynmana। इसमें वैज्ञानिक परमाणुओं से सीधे चीजों के निर्माण के लिए कोई बाधाएं हैं कि साबित कर दिया है।

छोटे-छोटे कणों कोडांतरक कहा जाता है के प्रभावी हेरफेर के लिए मायने रखता है। यह आणविक nanomachine है, जो किसी भी संरचना का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कोडांतरक प्राकृतिक राइबोसोम रहने वाले जीवों में एक प्रोटीन synthesizing कहा जा सकता है।

आधुनिक दुनिया में नैनो बस विशेषज्ञता के एक ही क्षेत्र में नहीं हैं। वे अनुसंधान सीधे कई मौलिक विज्ञान से संबंधित की एक व्यापक गुंजाइश प्रतिनिधित्व करते हैं। उनमें से भौतिकी, रसायन शास्त्र और जीव विज्ञान है। वैज्ञानिकों के मुताबिक, इन विज्ञान आ नैनोटेक क्रांति की पृष्ठभूमि में विकास के लिए सबसे शक्तिशाली प्रोत्साहन होगा।

आवेदन के क्षेत्र

मानव गतिविधि है, जहां नैनो प्रयोग किया जाता है आज, यह क्योंकि बहुत प्रभावशाली सूची के असंभव है के सभी क्षेत्रों को सूचीबद्ध करें। तो, विज्ञान के इस क्षेत्र की मदद से उत्पादित कर रहे हैं:

- superdense रिकॉर्डिंग किसी भी जानकारी के लिए उपकरणों;
- विभिन्न उपकरण;
- सेंसर, सौर कोशिकाओं, अर्धचालक ट्रांजिस्टर;
- जानकारी, कंप्यूटिंग और सूचना प्रौद्योगिकी;
- nanoimprint और नैनोलिथोग्राफी;
- ऊर्जा के भंडारण के लिए उपकरणों, और ईंधन कोशिकाओं;
- रक्षा, अंतरिक्ष और विमानन अनुप्रयोगों;
- bioinstrumentary।

रूस, संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान और अधिक वित्त पोषण के साथ कई यूरोपीय देशों में नैनो के इस वैज्ञानिक क्षेत्र पर हर साल आवंटित किया जाता है। इस शोध के इस क्षेत्र के विकास के लिए विशाल संभावनाओं की वजह से है।

नैनो संघीय लक्ष्य कार्यक्रम है, जो न केवल महान वित्तीय लागत प्रदान करता है के अनुसार रूस में विकसित कर रहा है, लेकिन यह भी डिजाइन और अनुसंधान का काम करता है की एक बड़ी राशि ले जाने के। लक्ष्यों को राष्ट्रीय और बहुराष्ट्रीय निगमों के स्तर पर विभिन्न वैज्ञानिक और तकनीकी प्रणालियों के प्रयासों को एकजुट करने के लिए जा रहा प्राप्त करने के लिए।

नई सामग्री

नैनो वैज्ञानिकों को सक्षम किया हीरा जिसका मोटाई केवल एक परमाणु है की तुलना में कठिन एक कार्बन प्लेट उत्पादन करने के लिए। यह ग्राफीन के होते हैं। यह ब्रह्मांड, जो ज्यादा बिजली पहुंचाता सिलिकॉन कंप्यूटर चिप्स की तुलना में बेहतर में सबसे पतला और सबसे मजबूत सामग्री है।

ग्राफीन की खोज एक असली क्रांतिकारी घटना है, जो हमारे जीवन में ज्यादा परिवर्तन की अनुमति देगा। इस सामग्री को इतना अद्वितीय भौतिक गुणों कि मूलरूप बातें और पदार्थों के मानव स्वभाव बदलता है।

खोज का इतिहास

ग्राफीन एक दो आयामी क्रिस्टल है। इसकी संरचना एक हेक्सागोनल कार्बन परमाणुओं से मिलकर जाली है। ग्राफीन की सैद्धांतिक अध्ययन, उसका असली डिजाइन हो रही के बाद से इस सामग्री को एक तीन आयामी ग्रेफाइट क्रिस्टल के निर्माण के लिए आधार है से पहले लंबे समय से शुरू कर दिया।

1947 जी.पी. Volles में यहां तक कि वह, ग्राफीन की कुछ गुण है साबित करते हुए कि इसकी संरचना समान धातु, और कुछ विशेषताओं अल्ट्रा सापेक्षकीय कण, न्युट्रीनो और massless फोटॉनों के समान ही है। हालांकि, नई सामग्री वहाँ कुछ महत्वपूर्ण मतभेद है कि वह अपने स्वभाव में अद्वितीय बनाते हैं। लेकिन इन निष्कर्षों की पुष्टि के केवल 2004 में प्राप्त हुई थी, जब कोंसटेंटिन नोवोसेलोव और एंड्री Geim पहले मुक्त राज्य में कार्बन द्वारा प्राप्त हुई थी। इस नए पदार्थ ग्राफीन कहा जाता है, और एक प्रमुख खोज वैज्ञानिकों था। यह आइटम पेंसिल में हो सकता है का पता लगाएं। इसके ग्रेफाइट छड़ ग्राफीन की कई परतों से बना है। कैसे एक पेंसिल कागज पर एक छाप छोड़ देता है? तथ्य यह है कि, परतों के मुख्य घटक की ताकत के बावजूद, उन दोनों के बीच एक बहुत ही कमजोर कड़ी है। वे बहुत कागज के साथ संपर्क में आते हैं करने के लिए आसान कर रहे हैं, लिखित रूप में एक निशान छोड़ रहा है।

नई सामग्री का उपयोग करना

वैज्ञानिकों के मुताबिक, सेंसर कि ग्राफीन पर आधारित हैं,, शक्ति और विमान की हालत का विश्लेषण करने के साथ ही भूकंप की भविष्यवाणी करने में सक्षम हो। लेकिन केवल जब इस तरह के गुणों के साथ सामग्री तेजस्वी दीवार प्रयोगशालाओं बन छोड़ देंगे स्पष्ट व्यावहारिक अनुप्रयोग पदार्थ की दिशा में विकास होगा। वर्तमान में दिन, दवा की दुकानों, भौतिकविदों और बिजली के इंजीनियरों को पहले से ही ग्राफीन की अद्वितीय क्षमताओं में रुचि रखते हैं। बाद पदार्थ के बस कुछ ही ग्राम क्षेत्र, एक फुटबॉल मैदान के बराबर कवर किया जा सकता।

ग्राफीन और उसके आवेदन संभावित हल्के उपग्रहों और विमान के उत्पादन में माना जाता है। इस क्षेत्र में, नई सामग्री की जगह ले सकता कार्बन फाइबर में मिश्रित सामग्री। नेनो सामग्री सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के स्थान पर प्रयोग किया जा सकता है और प्लास्टिक में इसके कार्यान्वयन यह विद्युत चालकता दे।

ग्राफीन और इसके उपयोग के मामलों सेंसर निर्माण में माना जाता है। इन उपकरणों नवीनतम सामग्री के आधार पर बनते हैं सबसे खतरनाक अणु का पता लगाने के लिए सक्षम हो जाएगा। लेकिन समय पर बिजली बैटरी के उत्पादन में नैनो-पाउडर के उपयोग उनके प्रभाव को बढ़ाने के लिए।

ग्राफीन और उसके आवेदन Optoelectronics में चर्चा कर रहे हैं। नई सामग्री का बहुत हल्के और टिकाऊ प्लास्टिक जहाँ से कंटेनरों कुछ सप्ताह के लिए अनुमति देगा भोजन ताजा रखने के लिए बाहर हो जाएगा।

ग्राफीन और के उपयोग के एक पारदर्शी प्रवाहकीय कोटिंग पर नज़र रखता है, सौर पैनलों के लिए आवश्यक और निर्माण करने के लिए आशा की जाती है एक मजबूत और अधिक हवा टर्बाइनों का यांत्रिक प्रभाव के लिए प्रतिरोधी।

आधार nanomaterial एक बेहतर खेल उपकरण, चिकित्सा प्रत्यारोपण और supercapacitors होगा।

इसके अलावा, ग्राफीन और उसके आवेदन के लिए प्रासंगिक:

- उच्च आवृत्ति उच्च शक्ति इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों;
- कृत्रिम झिल्ली टंकी में दो तरल को अलग;
- विभिन्न सामग्रियों की चालकता गुणों में सुधार;
- कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड पर एक प्रदर्शन बनाने;
- डीएनए अनुक्रमण की नई तकनीकों के विकास त्वरित;
- लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले के सुधार;
- बैलिस्टिक ट्रांजिस्टर।

मोटर वाहन उद्योग में उपयोग

शोधकर्ताओं के अनुसार, विशिष्ट ऊर्जा ग्राफीन 65 kWh / किलो दृष्टिकोण। यह आंकड़ा एक है कि इतना आम आजकल लिथियम आयन बैटरी की तुलना में 47 गुना अधिक है। इस तथ्य को, वैज्ञानिकों बैटरी चार्जरों की एक नई पीढ़ी बनाने के लिए इस्तेमाल किया है।

ग्राफीन पॉलीमर बैटरी - तरह से उपकरण है जो की अधिकतम बिजली कुशलता को बनाए रखा। वर्तमान में, उस पर काम के कई देशों में शोधकर्ताओं द्वारा किया जाता है। महत्वपूर्ण प्रगति इस मामले में स्पेनिश वैज्ञानिकों हासिल की। ग्राफीन बहुलक बैटरी, वे ऊर्जा की खपत है बनाया है, जिसमें सैकड़ों बार मौजूदा बैटरी के लिए एक समान आंकड़ा की तुलना में अधिक। वे इसका इस्तेमाल बिजली के वाहनों से लैस करने। मशीन है, जो स्थापित किया गया है ग्राफीन बैटरी, हजारों किलोमीटर का रोके बिना यात्रा कर सकते हैं। विद्युत ऊर्जा स्रोत जब थकावट 8 मिनट से अधिक नहीं की आवश्यकता होगी पुनर्भरण के लिए।

टचस्क्रीन

वैज्ञानिकों ने एक नया और अद्वितीय बातें बनाने ग्राफीन पता लगाने के लिए जारी रखते हैं,। इस प्रकार, कार्बन nanomaterial कि चौड़ी स्क्रीन के साथ टच स्क्रीन का उत्पादन उत्पादन में अपने आवेदन मिल गया है। अवधि दिखाई देते हैं और इस प्रकार के लचीला उपकरण हो सकता है।

वैज्ञानिकों ने मिल गया एक ग्राफीन शीट आकार में आयताकार है और यह एक पारदर्शी इलेक्ट्रोड में बदल गया। उन्होंने यह भी टच स्क्रीन के काम में भाग लिया है बहुत स्थायित्व, पारदर्शिता, लचीलापन, पर्यावरण मित्रता और कम लागत को कम करने।

प्राप्त ग्राफीन

2004, जब यह नवीनतम नेनो सामग्री खोला गया था के बाद से, वैज्ञानिकों इसकी तैयारी के लिए तरीकों की एक संख्या में महारत हासिल है। हालांकि, इन तरीकों में से सबसे बुनियादी माना जाता है:

- यांत्रिक छूटना;
- शून्य में epitaxial विकास;
- (सीवीडी प्रक्रिया) perofaznogo रासायनिक ठंडा।

इन तीन तरीकों में से पहले सबसे सरल है। यांत्रिक छूटना साथ ग्राफीन उत्पादन चिपकने वाला टेप के चिपकने वाला सतह के लिए ग्रेफाइट की एक विशेष अनुप्रयोग है। इस फाउंडेशन के बाद, कागज के एक पत्रक की तरह, मोड़ और विश्राम लेना करने के लिए, को अलग करने के लिए वांछित सामग्री शुरू करते हैं। जब लागू करने के लिए इस विधि का ग्राफीन उच्चतम गुणवत्ता प्राप्त करते हैं। हालांकि, इस तरह के कार्यों नेनो सामग्री के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं हैं।

पतली सिलिकॉन वेफर्स की epitaxial विकास की विधि का उपयोग करते समय उपयोग किया जाता है, सतह परत जो सिलिकॉन कार्बाइड है। इसके अलावा, इस सामग्री को एक बहुत ही उच्च तापमान (1000 कश्मीर) में गरम किया जाता है। रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक परिणाम के कार्बन परमाणुओं की सिलिकॉन परमाणुओं, जिनमें से पहले भाप से अलग कर दिया जाता है। नतीजतन, रिकॉर्ड शुद्ध ग्राफीन बनी हुई है। इस विधि का नुकसान बहुत उच्च तापमान है, जो कार्बन परमाणुओं के दहन के दौरान हो सकता का उपयोग करने का आवश्यकता है।

सबसे विश्वसनीय और सरल विधि ग्राफीन, एक सीवीडी-प्रक्रिया का बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया। यह एक विधि है जिसमें धातु में लिपटे उत्प्रेरक और हाइड्रोकार्बन गैसों के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया।

कौन सा ग्राफीन पैदा करता है?

तिथि करने के लिए, सबसे बड़ी कंपनी का उत्पादन एक नया nanomaterial चीन में स्थित है। निर्माता का नाम - Ningbo Morsh प्रौद्योगिकी। ग्राफीन उत्पादन वे 2012 में शुरू किया था।

nanomaterial का मुख्य उपभोक्ता एक कंपनी चूंगचींग Morsh प्रौद्योगिकी है। ग्राफीन प्रवाहकीय पारदर्शी फिल्मों, जो टचस्क्रीन डिस्प्ले में डाला जाता है के उत्पादन के लिए इसका इस्तेमाल करते हैं।

अपेक्षाकृत हाल ही में, एक प्रसिद्ध कंपनी नोकिया इमेज सेंसर पर एक पेटेंट जारी किया है। इस बेहद जरूरी हिस्से के रूप में ग्राफीन ऑप्टिकल साधन तत्व की कुछ परतों है। इस तरह के एक कैमरे के सेंसर में प्रयुक्त सामग्री बहुत (1000 गुना तक) उनके संवेदनशीलता बढ़ जाती है। एक ही समय में बिजली की खपत में कमी मनाया। स्मार्टफोन के लिए अच्छा कैमरा भी ग्राफीन शामिल होंगे।

एक घरेलू माहौल तैयार करना,

यह घर पर ग्राफीन निर्माण करने के लिए संभव है? यह पता चला है, हाँ! तुम बस नहीं 400 से भी कम समय डब्ल्यू के एक रसोई ब्लेंडर क्षमता लेते हैं, और विधि आयरिश भौतिकविदों द्वारा विकसित का पालन करने की जरूरत है।

कैसे घर पर ग्राफीन का उत्पादन किया था? इस प्रयोजन के लिए ब्लेंडर कप किसी भी तरल डिटर्जेंट का 10-25 मिलीलीटर और कुचल स्लेट की 20-50 ग्राम जोड़कर पानी की 500 मिलीलीटर डाला जाता था। इसके अलावा डिवाइस, आधे घंटे के लिए 10 मिनट से चलाया जाना चाहिए ग्राफीन गुच्छे के घोल की उपस्थिति जब तक। जिसके परिणामस्वरूप सामग्री एक उच्च चालकता कि सौर कोशिकाओं के इलेक्ट्रोड में इसके उपयोग की अनुमति होगी होगा। ग्राफीन भी घरेलू वातावरण में उत्पादित प्लास्टिक के गुणों में सुधार कर सकते हैं।

ऑक्साइड nanomaterial

वैज्ञानिकों ने सक्रिय रूप से अनुसंधान और ग्राफीन संरचना ऐसी है कि अंदर या कार्बन जाल के किनारों पर अणु के साथ संलग्न है या ऑक्सीजन युक्त कार्य समूहों (रों)। जिनमें से यह ठोस नैनो-ऑक्साइड पहले दो आयामी चित्रों, जो वाणिज्यिक उत्पादन की अवस्था पर पहुंच गए हैं। नैनो और इस संरचना का microparticles के वैज्ञानिकों का उत्पादन नमूने सेंटीमीटर।

इस प्रकार, कार्बन diofilizirovannym के साथ संयोजन में ग्राफीन ऑक्साइड हाल ही में चीनी वैज्ञानिकों द्वारा प्राप्त हुई थी। यह जो एक छोटे से फूल की पंखुड़ियों पर आयोजित किया जाता है एक बहुत ही हल्के सामग्री सेंटीमीटर घन है। लेकिन इस नए पदार्थ है, जो में ग्राफीन ऑक्साइड दुनिया में सबसे ठोस से एक है।

जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों

ग्राफीन ऑक्साइड चयनात्मकता की एक अद्वितीय संपत्ति है। इस पदार्थ एक जैव चिकित्सा आवेदन को खोजने के लिए अनुमति देगा। तो, वैज्ञानिकों के कार्य करने के लिए धन्यवाद कैंसर के निदान के लिए ग्राफीन ऑक्साइड उपयोग करने के लिए संभव था। इसके विकास के प्रारंभिक चरण में कैंसर का पता लगाने nanomaterial की अद्वितीय ऑप्टिकल और बिजली के गुणों अनुमति देते हैं।

इसके अलावा ग्राफीन ऑक्साइड दवाओं और निदान के लक्षित वितरण की अनुमति देता है। इस सामग्री के आधार पर डीएनए अणु की ओर इशारा करते sorption biosensors कर रहे हैं।

औद्योगिक अनुप्रयोगों

ग्राफीन ऑक्साइड के आधार पर विभिन्न sorbents संक्रमित dezaktsivatsii प्राकृतिक और मानव निर्मित वस्तुओं पर लागू किया जा सकता है। सक्रिय nanomaterial का एक कट भूजल और सतही जल, मिट्टी और उन्हें रेडियोन्यूक्लाइड से समाशोधन संसाधित कर सकें।

ग्राफीन ऑक्साइड से फिल्टर superchistotoy परिसर, जो विशेष अनुप्रयोगों के लिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उत्पादन प्रदान कर सकते हैं। इस सामग्री के अद्वितीय गुणों ठीक रासायनिक क्षेत्र प्रौद्योगिकी में प्रवेश करेंगे। विशेष रूप से, इस रेडियोधर्मी बिखरे हुए और दुर्लभ धातुओं की निकासी हो सकता है। इस प्रकार, ग्राफीन ऑक्साइड के उपयोग कम ग्रेड अयस्क से सोने को निकालने के लिए अनुमति देता है।