Что такое графен? 7 способов, которыми это скоро изменит технологию

В последние несколько лет графен был чем-то вроде модного слова: новый материал с замечательными свойствами, обещающий революционизировать все в нашей жизни. Но все ли это пустая реклама? Что такое графен и что мы можем от него ожидать?

Графен является необычной формой одного из самых распространенных элементов на планете (углерода) и был обнаружен и синтезирован в Манчестерском университете еще в 2004 году. Он состоит из множества листов углерода, каждый из которых имеет толщину всего в один атом, все расположено в гексагональной решетке.

Изображение предоставлено: nobeastsofierce через Shutterstock

И из-за этого у него есть все виды интересных и неожиданных свойств. Например, графен примерно в 200 раз прочнее стали и в шесть раз легче. Он проводит тепло и электричество и чрезвычайно чувствителен к свету, будучи почти полностью прозрачным.

С момента его открытия ученые и инженеры были заняты поиском практических способов использования этого необычного материала. Список возможностей почти бесконечен, но вот некоторые места, где вы можете ожидать, что графен скоро изменит вашу жизнь.

1. Компьютерные чипы

Некоторое время мы видели, как компьютерные чипы следуют закону Мура.

Это означает, что они удваиваются по мощности примерно каждые 18 месяцев или около того, но сейчас мы приближаемся к пределу того, как можно создавать маленькие кремниевые транзисторы. В таком случае закон Мура больше не будет верным в будущем.

Но ведутся исследования, чтобы увидеть, как графен может быть использован в сочетании с кремнием для производства более быстрых, небольших и менее энергоемких процессоров. IBM вложила 3 ​​миллиарда долларов в исследования графена и рассчитывает, что к 2019 году на рынке появится работающий графеновый процессор.

В лучшем случае чипы, включая графен, могут быть на несколько порядков быстрее, чем традиционные кремниевые чипы, поэтому прорыв здесь может быть невероятным для компьютерного мира.

2. Аккумуляторы

В нынешнем веке смартфонов и другой портативной электроники мы полностью зависимы от аккумуляторов, поэтому всегда ищем способы продлить срок их службы. Графен показывает многообещающее в этой области.

Компания Samsung сообщила о некотором успехе в увеличении емкости батареи за счет включения графена в литий-ионные батареи, и аналогичным образом компания Dongxu представила первый в мире аккумулятор для графена. Dongxu утверждает, что его батарея емкостью 4800 мАч может полностью зарядиться в течение 15 минут. Пока неясно, когда он будет доступен для покупки.

Изображение предоставлено: Georgejmclittle via Shutterstock

Вне зависимости от того, появятся ли эти продукты на рынке, потенциал графена в аккумуляторах не может не удивить. Если это когда-либо будет полностью реализовано, это может быть одним из самых революционных событий, которые произойдут за десятилетия. Аккумуляторы графеновых суперконденсаторов могут работать в пять раз дольше, чем литий-ионные аккумуляторы аналогичного размера, и перезаряжаться за короткое время

Кроме того, в отличие от ионно-литиевых батарей они не токсичны и не подвержены риску взрыва

,

С графеновыми суперконденсаторами смартфоны могли бы работать неделю или более без подзарядки, а электромобили имели бы улучшенные диапазоны, которые могли бы конкурировать с двигателем внутреннего сгорания. Когда их нужно подзаряжать, процесс может занять несколько секунд или минут, а не часов, что является хорошей новостью, потому что ограничения зарядки являются серьезным препятствием в широком распространении электромобилей.

,

3. Печатная электроника

Графен может быть напечатан на бумаге (или других материалах) и, если он находится в форме схемы, может быть считан считывателями RFID. Билеты, посадочные талоны и т. Д. Являются наиболее очевидным непосредственным применением такой технологии, но нет никаких возможностей. Носимая электроника, гибкие датчики и экраны и даже электронные татуировки могут стать обычным явлением в ближайшем будущем.

4. Датчики камеры

Графен намного более чувствителен к свету, чем кремний, используемый в настоящее время в датчиках изображения цифровых камер. Это открывает возможность создания более качественных камер, которые хорошо работают в условиях низкой освещенности, что является отличной новостью практически для всех фотографов и видеооператоров. (Nokia даже работает над смартфоном, который будет иметь сенсор камеры на основе графена, который обещает быть менее энергоемким и намного дешевле, чем современные камеры.)

Кредит изображения: Миллиард Фотографий через Shutterstock

Высокая прозрачность графена — он пропускает около 97,7% света — также открывает возможности для 3D-камер и для камер, где фокус изображения можно отрегулировать позже. Можно расположить несколько слоев графена, чтобы можно было захватывать изображения с различными точками фокусировки, а фокус можно регулировать после того, как была сделана фотография.

5. Улучшенные динамики

Динамики, которые мы используем сегодня, опираются на механические части, которые вибрируют для создания звука. Это означает, что для перемещения этих частей должно быть достаточно физического пространства, и это ограничивает размеры небольших динамиков и их размещение.

Исследователи из Кореи использовали принцип термоакустики — создание звука быстрым нагревом и охлаждением материала — для изготовления динамиков из графенового аэрогеля, которые тонкие и не вибрируют. Такие колонки идеально подходят для мобильных устройств и могут быть легко установлены на стенах или телевизорах с плоским экраном.

В ближайшее время на рынке нет никаких признаков того, что продукт поступит в продажу, но это захватывающее достижение с огромным потенциалом для преобразования мира звука.

6. Более сильные сенсорные экраны

Поскольку графен почти полностью прозрачен, его можно использовать на стекле, и одним из возможных применений является укрепление сенсорных экранов на наших смартфонах.

Графен прочнее алмаза, и экран, покрытый им, будет почти неразрушимым — или, по крайней мере, не сломается, когда выскользнет из вашей руки. Конечно, закаленное стекло имеет множество других применений, и другие свойства графена означают, что умные окна и ветровые стекла также являются реальными возможностями.

Изображение предоставлено: Thavon Phumijan через Shutterstock

Графен также обещает гибкие экраны, которые будут сгибаться, а не ломаться. В то же время, есть несколько вещей, которые вы можете сделать

если экран вашего телефона ломается.

7. Спортивное оборудование

Графен является чрезвычайно легким и чрезвычайно прочным, два свойства, которые очень желательны в спортивном снаряжении, и в большинстве видов спорта любой вес, сбрасываемый с экипировки, приравнивается к конкурентному преимуществу. Езда на велосипеде является наиболее очевидной, когда в дорогих велосипедах уже используется легкое углеродное волокно.

Графен в сочетании с углеродным волокном может еще больше снизить вес при сохранении прочности. Dassi, американская компания, произвела велосипедную раму, содержащую графен, которая весит всего 750 грамм, и надеется снизить ее до 350 грамм в ближайшем будущем.

Но вы также можете себе представить, как это может просочиться в различные области технического мира, где пользователи постоянно удивляются следующим телефоном, ноутбуком или камерой, которая сильнее, легче и тоньше, чем предыдущие. И если производство графена окажется дешевле, то даже лучше.

Графен и будущее

Выше приведены лишь некоторые из возможных применений графена, которые вы, скорее всего, будете иметь в своих руках в ближайшем будущем, но существует также широкий спектр потенциальных промышленных и медицинских применений, которые могут быть столь же революционными.

Еще неизвестно, оправдает ли графен высокие ожидания, которые мы на него возлагали. Может случиться так, что некоторые производственные проблемы остаются непреодолимыми или что затраты делают некоторые из вышеперечисленных применений нецелесообразными, но если хотя бы часть его потенциала может быть реализована, это произведет революцию в мире, в котором мы живем.

Ожидаете ли вы скоро увидеть продукты графена на рынке? Какие приложения возбуждают вас больше всего? Пожалуйста, дайте нам знать в разделе комментариев ниже.

Изображение предоставлено: BONNINSTUDIO через Shutterstock.com