Взрывной метод производства графена


Графен
Университет штата Канзас. Джастин Райт (Justin Wright), профессор Крис Соренсен с миской графена, постдок Арджун Непал.

Возможно, в скором времени для производства графена будут не нужны редкие химикаты, катализаторы и дорогое оборудование. Группа физиков из университета штата Канзас (Kansas State University) сообщает о новом способе производства графена. Нужен только углеводородный газ, кислород и свеча зажигания.

Метод крайне прост: камера заполняется смесью газов — ацетилена или этилена и кислорода, с помощью свечи зажигания производится детонация этой взрывоопасной смеси. После остаётся только собрать образовавшийся графен.

Ведущий автор изобретения — профессор физики Крис Соренсен (Chris Sorensen), ему помогали постдок Арджун Непал (Arjun Nepal) и приглашённый специалист Гаджендра Прасад Сингх (Gajendra Prasad Singh).

«Мы обнаружили работающий метод создания графена, — говорит Соренсен. — Наш процесс обладает множеством достоинств, это экономическая целесообразность, возможность масштабирования производства и отсутствие опасных отходов. Возможно, самая яркая особенность процесса — его энергоэффективность. Нужна всего лишь искорка». (далее…)

Графен — необычный сверхпроводник


Однослойный графен
Обнаружена сверхпроводимость в однослойном графене на подложке из оксида празеодима-церия-меди.

Экспериментально показано, что графен в своём естественном состоянии может быть сверхпроводником. Да, в прошлом году физикам уже удалось зафиксировать сверхпроводимость в этом материале. Но тогда графен был изменён — его допировали атомами кальция, сейчас же его не изменяли. Результат интересен прежде всего тем, что графен показал редкий, почти неуловимый, тип сверхпроводимости.

«Давно уже было постулировано, что при правильных условиях графен должен совершить переход в сверхпроводящее состояние, но добиться этого экспериментально не удавалось», — заметил один из исследователей, Джейсон Робинсон (Jason Robinson) из Кембриджского университета в Великобритании.

Но теперь научная группа, в которую входит Робинсон, подтвердила теоретические построения. Не обошлось без неожиданностей — оказалось, что графен — не просто сверхпроводник — он может обладать особым типом сверхпроводимости — p-волновым. Впрочем, необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить этот результат. (далее…)

Игрушку превратили в чувствительный датчик


Физик Джонатан Коулман и новый материал G-putty. Рядом — его сын с «умным пластилином».
Физик Джонатан Коулман и новый материал G-putty. Рядом — его сын с «умным пластилином».

Исследователи из дублинского Тринити-колледжа (ирл. Coláiste na Tríonóide, англ. Trinity College, Dublin) и Манчестерского университета (The University of Manchester) превратили детскую игрушку «умный пластилин» (его также называют «жвачкой для рук») в сверхчувствительный датчик, который может считывать пульс, работать как дыхательный монитор и даже регистрировать шаги паука. Для этого они добавили к синтетическому полимеру хлопья графена — очень прочного, лёгкого и тонкого материала, хорошо проводящего электричество. Подробности превращения опубликованы в журнале Science (далее…)

Названы лауреаты Нобелевской премии по физике за 2016 год


Нобелевскую премию по физике за 2016 год получили Дэвид Таулес, Дункан Холдейн и Джон Майкл Костерлиц.
Нобелевскую премию по физике за 2016 год получили Дэвид Таулес, Дункан Холдейн и Джон Майкл Костерлиц.

Лауреатами Нобелевской премии по физике в 2016 году стали Дункан Холдейн (Frederick Duncan Michael Haldane), Дэвид Таулес (David James Thouless) и Джон Майкл Костерлиц (John Michael Kosterlitz) за «теоретическое открытие топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества». (далее…)

Графен и лазер — основа будущей «бумажной электроники»


Suprem Das and Jonathan Claussen
Суприм Дас и Джонатан Клауссен, университет штата Айова, США.

Наноинженеры лаборатории Джонатана Клауссена в университете штата Айова (Jonathan Claussen’s lab at Iowa State University of Science and Technology) разрабатывают технологию, которая даст возможность использовать графен и его удивительные свойства в электронных устройствах.

У графена репутация чудо-материала: когда углерод образует гексагональную двумерную кристаллическую решётку («двумерный кристалл»), он приобретает особые свойства — высокую тепло- и электропроводимость, прочность и химическую стабильность. Считается, что графен в будущем заменит кремний в интегральных микросхемах и станет основой наноэлектроники.

В настоящее время идёт работа над проектами, в которых используются струйные принтеры для печати многослойных графеновых микросхем и электродов, пригодных для использования в гибкой, лёгкой и недорогой электронике. (далее…)

Новосибирские физики исследуют флеш-память на основе мультиграфена


Исследователи ожидают, что широкое внедрение материалов на основе графена может повлечь за собой революционные преобразования во многих отраслях человеческой деятельности
Исследователи ожидают, что широкое внедрение материалов на основе графена может повлечь за собой революционные преобразования во многих отраслях человеческой деятельности.

Согласно результатам, полученным учёными из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, флеш-память с использованием мультиграфена по быстродействию и времени хранения информации может превосходить аналоги, основанные на других материалах.

По словам старшего научного сотрудника ИФП СО РАН кандидата физико-математических наук Юрия Николаевича Новикова, в настоящее время графен — тема модная как с точки зрения фундаментальной науки, так и с точки зрения прикладной. В частности, в ИФП СО РАН рассматривалась возможность применения мультиграфена (несколько слоёв графена) во флеш-памяти. Принцип действия последней основан на инжекции (впрыскивании) и хранении электрического заряда в запоминающей среде (мультиграфене). Помимо этого необходимыми компонентами такой флеш-памяти являются туннельный и блокирующий слои. Первый изготавливается из оксида кремния, второй, как правило, из диэлектрика с высоким значением диэлектрической проницаемости. (далее…)

В МФТИ разработали метод обнаружения различных органических веществ по одной молекуле


Схема СПАЗЕРа: шестиугольная сетка — графен, голубым обозначен слой диэлектрика, оранжевым — слой активной среды, через которую осуществляется оптическая накачка
Схема СПАЗЕРа: шестиугольная сетка — графен, голубым обозначен слой диэлектрика, оранжевым — слой активной среды, через которую осуществляется оптическая накачка.

Физики из МФТИ, Института спектроскопии РАН, Всероссийского НИИ автоматики им. Н. Л. Духова и Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН доказали, что двумерная модификация углерода — графен — может стать идеальным материалом для создания плазмонных приборов, способных обнаружить взрывчатые, ядовитые и другие органические вещества по наличию даже одной молекулы, говорится в статье, опубликованной в Physical Review B. (далее…)

Графен может быть использован в носимых устройствах


Константин Новосёлов
В исследовательскую группу, продемонстрировавшую возможность использования графена в носимых устройствах, вошёл Константин Новосёлов, открывший графен вместе с Андреем Геймом.

Сотрудники Манчестерского университета продемонстрировали возможность использования графена в носимых устройствах. Разработанные ими прототипы показали работоспособность в реальных условиях, при этом авторы отмечают, что печатать двухмерные устройства можно не только на одежде, но и непосредственно на коже.

Исследовательской группой под руководством профессора Чжижунь Ху (Zhirun Hu) были созданы проводники и радиоантенны, в которых используется напечатанный графен (англ. printed graphene) на бумажной основе. Проведённые эксперименты, в том числе с использованием манекена, продемонстрировали возможность использования устройств для приёма и передачи радиосигналов.

Более того, напечатанный графен можно производить при низкой температуре, что позволяет печатать устройства на таких материалах, как бумага и ткань. (далее…)

«Белый графен» может привести к революции в электронике


Схематическое изображение однослойного гексагонального нитрида бора
Схематическое изображение однослойного гексагонального нитрида бора.

Американские химики, экспериментируя с технологией производства гексагонального нитрида бора, добились значительного прогресса в создании монослоя из этого материала. Возможность масштабного производства таких высококачественных плёнок сулит прорыв в области электроники, подразумевающий создание сверхтонких компонентов и устройств.

Гексагональный нитрид бора формально считается полупроводником, однако запрещённая энергетическая зона в этом веществе настолько велика, что во всех практических ситуациях он ведёт себя как изолятор.

Благодаря этой своей особенность гексагональный нитрид бора привлекал внимание учёных, которые рассматривали возможность объединения этого материала с другими двумерными материалами, прежде всего, с графеном. Целью является получение гибридных материалов, обладающих свойствами, которых нет у каждого из компонентов. (далее…)

Графеновые плёнки можно использовать для дешёвого получения водорода из воздуха


Андрей Гейм
Андрей Гейм.

Очередное применение графену нашли физики Университета Манчестера. С помощью этого материала учёным удалось наладить фильтрацию водорода из атмосферы. Для этого требуется умеренно высокая температура и небольшое напряжение.

Графен и ранее изучался как потенциально эффективный материал для фильтрации, при условии, что в нём получится создать отверстия, через которые проходили бы молекулы определённого размера. При этом собственно графеновый лист в естественных условиях является практически идеальным изолятором для газов и жидкостей. Даже атомарный водород, обладающий минимальными размерами среди атомов и молекул, не может проникнуть сквозь электронную оболочку графена.

Группа учёных во главе с Андреем Геймом — который вместе с Константином Новосёловым открыл графен в 2004 году — обнаружила, что при довольно мягких условиях графен проницаем для протонов, то есть ионов водорода. При нагревании всего лишь до 250 °C удельное сопротивление графенового монослоя падает до 0,001 Ом·см²1. Поскольку в атмосфере всегда присутствуют свободные протоны, добывать водород из воздуха можно практически бесплатно. (далее…)

Графен оказался перспективным материалом для бронежилетов


Графен и кварцевая сфера
Иллюстрация опыта по изучению прочности графена при динамических воздействиях.

Графен может заменить кевлар в качестве материала, применяемого в бронежилетах. Согласно проведённому исследованию, графен способен эффективно гасить энергию проникающих сквозь него объектов.

Выдающиеся механические свойства графена — двухмерной структуры, состоящей из атомов углерода, — известны достаточно давно, однако ранее никто не изучал поведение многослойного графена в экстремальных динамических условиях. Эксперименты по бомбардировке многослойного графена провели учёные Университета Райса из Хьюстона, Техас. (далее…)

Суперконденсаторы на основе графена добавят динамики электромобилям


Тонкие суперконденсаторы для автомобиля
Тонкие суперконденсаторы можно разместить в кузовных панелях, крыше, дверях и капоте автомобиля.

Исследователи из Австралии сообщили о создании тонких суперконденсаторов, которые планируется использовать для питания электромобилей. Такие суперконденсаторы можно разместить в кузовных панелях без внесения существенных изменений в конструкцию. Технология готова к реализации в ближайшие годы.

Конденсаторы представляются перспективными источниками энергии для электромобилей благодаря способности быстро отдавать энергию. Однако они серьёзно уступают литий-ионным аккумуляторным батареям в таком важнейшем параметре, как удельная ёмкость. Если литий-ионные аккумуляторы могут хранить порядка 200 Вт·ч/кг, то современные суперконденсаторы — около 28 Вт·ч/кг. (далее…)

Графеновый аэрогель удалось сделать кристаллическим


Графеновый аэрогель
Структура графенового аэрогеля.

Новый способ изготавливать аэрогели на основе оксида графена разработан исследователями из калифорнийских научных центров. Полученный аэрогель на основе высококристаллического графена в полной мере реализует потенциал этого материала.

Аэрогели благодаря комплексу характеристик — большой площади поверхности, низкой плотности и ультратонким порам — широко используются в различных научных и промышленных задачах. Созданные ранее аэрогели на основе оксида графена представляют собой значительный прогресс по сравнению с традиционными углеродными аэрогелями. Однако при этом по своим свойствам они значительно уступают графеновым листам ввиду низкой кристаллизации.

Обычно графеновые аэрогели изготавливаются путём загустевания суспензии оксида графена, при котором он частично восстанавливается и образует пористую трёхмерную сеть внутри жидкости. После удаления жидкости остаётся сухая трёхмерная графеновая структура. Недостатком этого метода является то, что получаемые слои графена существенно уступают по своим механическим и электрическим характеристикам графену, производимому с помощью механического отслоения или химического осаждения из газовой фазы. (далее…)

Мятый графен позволит выпускать суперконденсаторы для гибких устройств


Мятый графен
Изображение структуры мятого графена, полученное с помощью электронного микроскопа.

Конденсаторы с высокой ёмкостью являются во многих случаях хорошей альтернативой перезаряжаемым аккумуляторам благодаря высокой плотности накопленной энергии и умению быстро отдавать её. Графен с его большой электропроводностью, малой толщиной и выдающейся механической прочностью представляет собой идеальный материал для электродов конденсаторов. Расширить сферы применения графена в конденсаторах поможет изобретение сотрудников Массачусетского технологического института, которые смогли изготовить графеновую «бумагу», способную не только гнуться, но в несколько раз увеличивать свою площадь.

Идея, лежащая в основе изобретения, проста: графен наносят на полимерную плёнку, которая предварительно растягивается в двух направлениях. После сжатия по одному из измерений графен укладывается волнами, образуя характерные складки. Затем, после возвращения обычных размеров по второму измерению, графеновый слой формирует хаотическую структуру. Получившийся слой обладает всеми необходимыми свойствами электрода конденсатора, при этом способен многократно гнуться и растягиваться с увеличением линейных размеров примерно в три раза, а площади — примерно в восемь раз. Опытный образец показал способность растягиваться и распрямляться до 1000 раз без потери своих свойств. (далее…)