Nispeten yakın zamanda bilim ve teknolojide ortaya çıktıNanoteknoloji adı verilen yeni bir alan. Bu disiplinin beklentileri çok geniş değil. Onlar kocaman. “Nano” adı verilen parçacık, bir değerin milyarda birine eşit bir miktardır. Bu boyutlar ancak atom ve moleküllerin boyutlarıyla karşılaştırılabilir. Örneğin nanometre metrenin milyarda biridir.
Yeni bilim alanının ana yönü
Nanoteknolojiler bunlardırMaddeyi moleküller ve atomlar düzeyinde manipüle eder. Bu bakımdan bu bilim alanına moleküler teknoloji de denilmektedir. Gelişiminin itici gücü neydi? Modern dünyada nanoteknoloji, Richard Feynman'ın bir konferansı sayesinde ortaya çıktı. İçinde bilim adamı, şeyleri doğrudan atomlardan yaratmanın önünde hiçbir engel olmadığını kanıtladı.
Etkili manipülasyon için araçlarEn küçük parçacıklara birleştirici adı verildi. Bu, herhangi bir yapıyı inşa edebileceğiniz moleküler bir nanomakinedir. Örneğin, canlı organizmalarda protein sentezleyen doğal bir birleştiriciye ribozom denilebilir.
uygulama alanı
Oldukça etkileyici olan liste nedeniyle günümüzde nanoteknolojinin kullanıldığı insan faaliyetinin tüm alanlarını listelemek imkansızdır. Böylece, bu bilim alanının yardımıyla aşağıdakiler üretilir:
- herhangi bir bilginin son derece yoğun bir şekilde kaydedilmesi için tasarlanmış cihazlar;
- çeşitli video ekipmanları;
- sensörler, güneş pilleri, yarı iletken transistörler;
- bilgi, bilgisayar ve bilgi teknolojileri;
- nanobaskılama ve nanolitografi;
- enerji depolama cihazları ve yakıt hücreleri;
- savunma, uzay ve havacılık uygulamaları;
- biyoenstrümantasyon.
Nanoteknoloji gibi bilimsel bir alanda,Rusya, ABD, Japonya ve bazı Avrupa ülkelerine her yıl daha fazla fon ayrılıyor. Bunun nedeni, bu araştırma alanının geliştirilmesine yönelik geniş beklentilerdir.
Rusya'da nanoteknolojiler gelişiyorYalnızca büyük finansal maliyetler sağlamakla kalmayıp aynı zamanda büyük miktarda tasarım ve araştırma çalışması da sağlayan hedefli Federal program. Verilen görevleri yerine getirmek için çeşitli bilimsel ve teknolojik komplekslerin çabaları ulusal ve ulusötesi şirketler düzeyinde birleştirilir.
Yeni materyal
Nanoteknoloji bilim adamlarınınelmastan daha sert ve yalnızca bir atom kalınlığında bir karbon plakası. Grafenden oluşur. Bu, tüm Evrendeki en ince ve en güçlü malzemedir ve elektriği bilgisayar çiplerindeki silikondan çok daha iyi iletir.
Grafenin keşfi gerçek kabul ediliyorhayatımızda çok şeyi değiştirecek devrim niteliğinde bir olay. Bu malzeme o kadar benzersiz fiziksel özelliklere sahiptir ki, kişinin eşyanın ve maddelerin doğasına dair anlayışını kökten değiştirir.
Keşif geçmişi
Grafen iki boyutlu bir kristaldir.Yapısı karbon atomlarından oluşan altıgen bir kafestir. Grafenin teorik çalışmaları, gerçek numunelerin üretilmesinden çok önce başladı, çünkü bu malzeme üç boyutlu bir grafit kristalinin oluşturulmasının temelini oluşturuyor.
Yeni malzeme kullanma
Bilim adamlarına göre sensörlerGrafen, uçağın gücünü ve durumunu analiz edebilmenin yanı sıra depremleri de tahmin edebilecek. Ancak bu kadar şaşırtıcı özelliklere sahip bir malzeme laboratuvarların duvarlarını terk ettiğinde, bu maddenin pratik uygulamasının gelişiminin hangi yöne gideceği netleşecek. Bugün kimyagerler, fizikçiler ve elektronik mühendisleri grafenin benzersiz yetenekleriyle ilgilenmeye başladı bile. Sonuçta bu maddenin sadece birkaç gramı futbol sahası büyüklüğünde bir alanı kaplayabilir.
Grafen ve potansiyel uygulamalarıHafif uydu ve uçak üretiminde değerlendirilmektedir. Bu alanda yeni malzeme, kompozit malzemelerdeki karbon fiberlerin yerini alabilir. Nanomadde, transistörlerde silikon yerine kullanılabilir ve plastiğe eklenmesi ona elektriksel iletkenlik kazandıracaktır.
Grafen ve uygulamaları da burada tartışılmaktadır.Sensör üretimiyle ilgili sorunlar. En yeni materyallere dayanan bu cihazlar, en tehlikeli molekülleri tespit edebilecek. Ancak elektrik pillerinin üretiminde nano madde tozunun kullanılması, pillerin verimliliğini önemli ölçüde artıracaktır.
Grafen ve uygulamaları burada tartışılmaktadır.optoelektronik. Yeni malzeme, yiyecekleri birkaç hafta boyunca taze tutacak kaplar olan çok hafif ve dayanıklı bir plastik üretecek.
Grafen kullanımı da bekleniyormonitörler, güneş panelleri ve rüzgar türbinlerinin mekanik stresine karşı daha güçlü ve daha dayanıklı olması için gerekli olan şeffaf iletken kaplamanın üretimi.
En iyi spor malzemeleri, tıbbi implantlar ve süper kapasitörler nanomalzemelere dayalı olarak yapılacak.
Grafen ve kullanımı aşağıdakilerle de ilgilidir:
- yüksek frekanslı, yüksek güçlü elektronik cihazlar;
- bir tanktaki iki sıvıyı ayıran yapay membranlar;
- çeşitli malzemelerin iletkenlik özelliklerinin iyileştirilmesi;
- organik ışık yayan diyotlar üzerinde bir ekran oluşturmak;
- hızlandırılmış DNA dizilimi için yeni bir teknolojiye hakim olmak;
- sıvı kristal ekranlarda iyileştirmeler;
- balistik transistörlerin oluşturulması.
Otomotiv kullanımı
Araştırmacılara göre spesifikGrafenin enerji yoğunluğu 65 kWh/kg'a yaklaşıyor. Bu rakam şu anda yaygın olarak kullanılan lityum iyon pillerden 47 kat daha fazla. Bilim adamları bu gerçeği yeni nesil şarj cihazları oluşturmak için kullandılar.
Grafen-polimer pil bir cihazdırBu da elektrik enerjisinin mümkün olduğu kadar verimli bir şekilde korunmasına yardımcı olur. Şu anda birçok ülkeden araştırmacılar tarafından bu konuyla ilgili çalışmalar yürütülüyor. İspanyol bilim insanları bu konuda önemli başarılar elde etti. Oluşturdukları grafen-polimer pil, mevcut pillerden yüzlerce kat daha yüksek enerji kapasitesine sahip. Elektrikli araçları donatmak için kullanılır. Grafen aküye sahip bir araba durmadan binlerce kilometre yol kat edebilir. Enerji kaynağı tükendiğinde elektrikli bir aracın şarj edilmesi 8 dakikadan fazla sürmeyecek.
Dokunmatik ekranlar
Bilim insanları grafeni keşfetmeye devam ediyoraynı zamanda yeni ve benzersiz şeyler. Böylece karbon nanomateryal, geniş diyagonal dokunmatik ekranların üretiminde uygulamasını buldu. Gelecekte bu türden esnek bir cihaz ortaya çıkabilir.
Grafen elde etme
En yeni nanomateryalin keşfedildiği 2004 yılından bu yana, bilim insanları bunun üretimi için bir dizi yöntemde uzmanlaştı. Ancak bunların en temelleri aşağıdaki yöntemlerdir:
- mekanik pul pul dökülme;
- vakumda epitaksiyel büyüme;
- kimyasal perifaz soğutma (CVD işlemi).
Bu üç yöntemden ilki enbasit. Mekanik pul pul dökülme yoluyla grafen üretimi, bir yalıtım bandının yapışkan yüzeyine özel grafitin uygulanmasını içerir. Bundan sonra taban, bir kağıt yaprağı gibi, istenilen malzemeyi ayırarak bükülmeye ve bükülmeye başlar. Bu yöntemi kullanırken elde edilen grafen en yüksek kalitededir. Ancak bu tür eylemler bu nanomalzemenin seri üretimi için uygun değildir.
Epitaksiyel büyüme yöntemini kullanırkenyüzey tabakası silisyum karbür olan ince silisyum levhalar kullanılır. Daha sonra bu malzeme çok yüksek bir sıcaklıkta (1000 K'ye kadar) ısıtılır. Kimyasal bir reaksiyon sonucunda silikon atomları karbon atomlarından ayrılır ve bunlardan ilki buharlaşır. Sonuç olarak plaka üzerinde saf grafen kalır. Bu yöntemin dezavantajı, karbon atomlarının yanabileceği çok yüksek sıcaklıkların kullanılması gerekliliğidir.
Kullanılan en güvenilir ve basit yöntemGrafenin seri üretimi için CVD işlemidir. Metal katalizör kaplama ile hidrokarbon gazları arasında kimyasal reaksiyonun meydana geldiği bir yöntemdir.
Grafen nerede üretilir?
Bugün yeni nanomateryal üreten en büyük şirket Çin'de bulunuyor. Bu üreticinin adı Ningbo Morsh Technology'dir. 2012 yılında grafen üretimine başladı.
Nanomalzemenin ana tüketicisi Chongqing Morsh Teknolojisidir. Dokunmatik ekranlara yerleştirilen iletken şeffaf filmler üretmek için grafen kullanılıyor.
Evde makbuz
Evde grafen yapmak mümkün mü? Evet çıkıyor! En az 400 W gücünde bir mutfak blenderi alıp İrlandalı fizikçilerin geliştirdiği yöntemi uygulamanız yeterli.
Evde grafen nasıl yapılır?Bunu yapmak için, blender kasesine 500 ml su dökün, sıvıya 10-25 mililitre herhangi bir deterjan ve 20-50 gram ezilmiş kurşun ekleyin. Daha sonra cihaz, grafen pullarından oluşan bir süspansiyon görünene kadar 10 dakika ila yarım saat kadar çalışmalıdır. Ortaya çıkan malzeme yüksek iletkenliğe sahip olacak ve bu da fotosel elektrotlarında kullanılmasına olanak sağlayacak. Ayrıca evde üretilen grafen, plastiğin özelliklerini iyileştirebiliyor.
Nanomateryal oksitler
Bilim insanları aktif olarak böyle bir yapıyı araştırıyorKarbon ağının içinde veya kenarları boyunca oksijen içeren fonksiyonel gruplar ve/veya moleküller içeren grafen. En sert nanomaddenin oksitidir ve ticari üretim aşamasına ulaşan ilk iki boyutlu malzemedir. Bilim insanları bu yapının nano ve mikro parçacıklarından santimetre boyutunda örnekler yaptılar.
Böylece grafen oksit ile kombinasyon halindediofilize karbon yakın zamanda Çinli bilim adamları tarafından elde edildi. Bu, küçük bir çiçeğin yaprakları üzerinde bir santimetre küpü tutulan çok hafif bir malzemedir. Ancak aynı zamanda grafen oksit içeren yeni madde dünyadaki en sert maddelerden biri.
Biyomedikal Uygulama
Grafen oksit benzersiz bir özelliğe sahiptirseçicilik. Bu, bu maddenin biyomedikal kullanım bulmasını sağlayacaktır. Böylece bilim adamlarının çalışmaları sayesinde grafen oksitin kanser teşhisinde kullanılması mümkün hale geldi. Nanomateryallerin benzersiz optik ve elektriksel özellikleri, kötü huylu bir tümörün gelişiminin erken aşamalarında tespit edilmesini mümkün kılar.
Grafen oksit ayrıca ilaçların ve teşhislerin hedefe yönelik olarak sunulmasına da olanak tanır. Bu malzemeye dayanarak, DNA moleküllerini gösteren sorpsiyon biyosensörleri oluşturulur.
Endüstriyel Uygulama
Grafen okside dayalı çeşitli sorbentlerKirlenmiş insan yapımı ve doğal nesnelerin dekontaminasyonu için kullanılır. Ayrıca bu nanomateryal, yeraltı ve yer üstü sularının yanı sıra toprakları da işleyerek radyonüklitlerden arındırma yeteneğine sahiptir.
Grafen oksit filtreleri şunları sağlayabilir:özel amaçlı elektronik bileşenlerin üretildiği odanın süper temizliği. Bu malzemenin benzersiz özellikleri, kimyasal alanın incelikli teknolojilerine nüfuz etmemizi sağlayacak. Bu özellikle radyoaktif, eser ve nadir metallerin çıkarılması olabilir. Böylece grafen oksit kullanımı, düşük tenörlü cevherlerden altının çıkarılmasını mümkün kılacak.
