การใช้กราฟีนที่บ้าน วิธีง่ายๆ เพื่อให้ได้กราฟีนคุณภาพสูง: ใช้เวลาสองวินาทีในไมโครเวฟ

บ้าน

เมื่อไม่นานมานี้ มีสาขาใหม่เกิดขึ้นในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เรียกว่านาโนเทคโนโลยี โอกาสสำหรับวินัยนี้ไม่เพียงมีมากมายเท่านั้น พวกเขามีขนาดใหญ่มาก อนุภาคที่เรียกว่า “นาโน” นั้นมีปริมาณเท่ากับหนึ่งในพันล้านของมูลค่า ขนาดดังกล่าวสามารถเปรียบเทียบได้กับขนาดของอะตอมและโมเลกุลเท่านั้น ตัวอย่างเช่น นาโนเมตรคือหนึ่งในพันล้านของเมตร

ทิศทางหลักของวิทยาศาสตร์สาขาใหม่ นาโนเทคโนโลยีคือเทคโนโลยีที่จัดการสสารในระดับโมเลกุลและอะตอม ในเรื่องนี้วิทยาศาสตร์แขนงนี้ก็มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าเทคโนโลยีระดับโมเลกุล - อะไรคือแรงผลักดันในการพัฒนา? นาโนเทคโนโลยีในโลกสมัยใหม่

ปรากฏตัวขึ้นจากการบรรยายที่นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์ว่าไม่มีอุปสรรคในการสร้างสิ่งต่าง ๆ จากอะตอมโดยตรง หมายถึงการจัดการที่มีประสิทธิภาพอนุภาคเล็กๆ

เรียกว่าแอสเซมเบลอร์ นี่คือเครื่องนาโนโมเลกุลที่คุณสามารถสร้างโครงสร้างอะไรก็ได้ ตัวอย่างเช่น แอสเซมเบลอร์ตามธรรมชาติสามารถเรียกว่าไรโบโซมที่สังเคราะห์โปรตีนในสิ่งมีชีวิต

นาโนเทคโนโลยีในโลกสมัยใหม่ไม่ได้เป็นเพียงสาขาความรู้ที่แยกจากกันเท่านั้น พวกเขาเป็นตัวแทนของสาขาการวิจัยมากมายที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับวิทยาศาสตร์พื้นฐานมากมาย ซึ่งรวมถึงฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเป็นวิทยาศาสตร์เหล่านี้ที่จะได้รับแรงผลักดันที่ทรงพลังที่สุดในการพัฒนาท่ามกลางฉากหลังของการปฏิวัตินาโนเทคโนโลยีที่กำลังจะมาถึง

ขอบเขตการใช้งาน

เป็นไปไม่ได้ที่จะแสดงรายการกิจกรรมของมนุษย์ทุกด้านที่ใช้นาโนเทคโนโลยีในปัจจุบัน เนื่องจากมีรายการที่น่าประทับใจมาก ดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของสาขาวิทยาศาสตร์จึงเกิดสิ่งต่อไปนี้:
อุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อการบันทึกข้อมูลใดๆ ที่มีความหนาแน่นสูงเป็นพิเศษ
- อุปกรณ์วิดีโอต่างๆ
- เซ็นเซอร์, ทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์;
- สารสนเทศ คอมพิวเตอร์ และเทคโนโลยีสารสนเทศ
- การพิมพ์นาโนและการพิมพ์หินนาโน
- อุปกรณ์กักเก็บพลังงานและเซลล์เชื้อเพลิง
- การใช้งานด้านการป้องกัน อวกาศ และการบิน

ทุกๆ ปี มีการจัดสรรเงินทุนมากขึ้นเรื่อยๆ ให้กับสาขาวิทยาศาสตร์ เช่น นาโนเทคโนโลยี ในรัสเซีย สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และหลายประเทศในยุโรป นี่เป็นเพราะโอกาสในวงกว้างสำหรับการพัฒนาด้านการวิจัยนี้

นาโนเทคโนโลยีในรัสเซียกำลังพัฒนาตามเป้าหมาย โปรแกรมของรัฐบาลกลางซึ่งไม่เพียงแต่ให้ขนาดใหญ่เท่านั้น ต้นทุนทางการเงินแต่ยังดำเนินการออกแบบและวิจัยจำนวนมาก เพื่อให้บรรลุภารกิจที่ได้รับมอบหมาย ความพยายามของคอมเพล็กซ์ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ จะถูกรวมเข้าด้วยกันในระดับองค์กรระดับชาติและระดับนานาชาติ

วัสดุใหม่

นาโนเทคโนโลยีช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สร้างแผ่นคาร์บอนที่แข็งกว่าเพชรที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียวได้ ประกอบด้วยกราฟีน นี่เป็นวัสดุที่บางที่สุดและแข็งแกร่งที่สุดในจักรวาลซึ่งส่งกระแสไฟฟ้าได้ดีกว่าซิลิคอนในชิปคอมพิวเตอร์มาก

การค้นพบกราฟีนถือเป็นเหตุการณ์ปฏิวัติที่แท้จริงที่จะเปลี่ยนแปลงชีวิตเรามากมาย วัสดุนี้มีคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งเปลี่ยนแปลงความเข้าใจของบุคคลเกี่ยวกับธรรมชาติของสิ่งของและสสารอย่างรุนแรง

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบ

กราฟีนเป็นคริสตัลสองมิติ โครงสร้างเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยมประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน การศึกษาเชิงทฤษฎีของกราฟีนเริ่มต้นมานานก่อนการผลิตตัวอย่างจริง เนื่องจากวัสดุนี้เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างผลึกกราไฟท์สามมิติ

ย้อนกลับไปในปี 1947 พี. วอลเลซชี้ให้เห็นคุณสมบัติบางอย่างของกราฟีน ซึ่งพิสูจน์ว่าโครงสร้างของกราฟีนคล้ายกับโลหะ และคุณลักษณะบางอย่างก็คล้ายคลึงกับคุณสมบัติที่มีอนุภาคสัมพัทธภาพสูง นิวตริโน และโฟตอนไร้มวล อย่างไรก็ตาม วัสดุใหม่นี้ยังมีความแตกต่างที่สำคัญบางประการที่ทำให้มีลักษณะเฉพาะตัว แต่การยืนยันข้อสรุปเหล่านี้ได้รับเฉพาะในปี 2547 เมื่อ Konstantin Novoselov ได้รับคาร์บอนเป็นครั้งแรกในสถานะอิสระ สารใหม่นี้เรียกว่ากราฟีน กลายเป็นการค้นพบครั้งสำคัญโดยนักวิทยาศาสตร์ คุณสามารถค้นหาองค์ประกอบนี้ได้ในดินสอ ก้านกราไฟท์ประกอบด้วยกราฟีนหลายชั้น ดินสอทิ้งรอยไว้บนกระดาษได้อย่างไร? ความจริงก็คือแม้จะมีความแข็งแกร่งของชั้นที่ประกอบเป็นแท่ง แต่ก็มีการเชื่อมต่อที่อ่อนแอมากระหว่างพวกมัน พวกมันสลายตัวได้ง่ายมากเมื่อสัมผัสกับกระดาษ ทิ้งร่องรอยไว้เมื่อเขียน

การใช้วัสดุใหม่

ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าเซ็นเซอร์ที่ใช้กราฟีนจะสามารถวิเคราะห์ความแข็งแกร่งและสภาพของเครื่องบินได้ตลอดจนทำนายแผ่นดินไหวได้ แต่เมื่อวัสดุที่มีคุณสมบัติที่น่าทึ่งดังกล่าวหลุดออกจากผนังห้องปฏิบัติการเท่านั้นจึงจะชัดเจนว่าการพัฒนาจะไปในทิศทางใด การประยุกต์ใช้จริงของสารนี้ ปัจจุบันนี้ นักฟิสิกส์และวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ต่างสนใจในความสามารถเฉพาะตัวของกราฟีนแล้ว ท้ายที่สุดแล้ว สารนี้เพียงไม่กี่กรัมก็สามารถครอบคลุมพื้นที่เท่ากับสนามฟุตบอลได้

กราฟีนและการประยุกต์ใช้งานกำลังได้รับการพิจารณาในการผลิตดาวเทียมและเครื่องบินน้ำหนักเบา ในพื้นที่นี้ วัสดุใหม่สามารถแทนที่วัสดุนาโนได้ สารนาโนสามารถใช้แทนซิลิคอนในทรานซิสเตอร์ได้ และการนำสารดังกล่าวเข้าสู่พลาสติกจะทำให้มีการนำไฟฟ้า

กราฟีนและการใช้งานยังได้รับการพิจารณาในการผลิตเซ็นเซอร์ด้วย อุปกรณ์เหล่านี้มีพื้นฐานมาจาก วัสดุใหม่ล่าสุดจะสามารถตรวจจับโมเลกุลที่อันตรายที่สุดได้ แต่การใช้ผงสารนาโนในการผลิตแบตเตอรี่ไฟฟ้าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก

กราฟีนและการประยุกต์ใช้งานได้รับการพิจารณาในออปโตอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุใหม่นี้จะทำให้ได้พลาสติกที่เบาและทนทานมาก ซึ่งเป็นภาชนะที่ใช้เก็บอาหารให้สดได้นานหลายสัปดาห์

มีการเสนอการใช้กราฟีนสำหรับการผลิตสารเคลือบนำไฟฟ้าโปร่งใสที่จำเป็นสำหรับจอภาพ แผงเซลล์แสงอาทิตย์และเครื่องยนต์ลมที่แข็งแกร่งและทนทานต่อกลไกมากขึ้น

วัสดุนาโนจะสร้างอุปกรณ์กีฬา การปลูกถ่ายทางการแพทย์ และซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่ดีที่สุด

กราฟีนและการใช้งานยังเกี่ยวข้องกับ:

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงความถี่สูง
- เยื่อเทียมสำหรับแยกของเหลวสองชนิดในถัง
- ปรับปรุงคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของวัสดุต่างๆ
- การสร้างจอแสดงผลบนไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์
- การพัฒนา เทคโนโลยีใหม่เร่งการจัดลำดับดีเอ็นเอ
- การปรับปรุงจอแสดงผลคริสตัลเหลว
- การสร้างทรานซิสเตอร์แบบขีปนาวุธ

การใช้ยานยนต์

ตามที่นักวิจัยระบุว่าความเข้มข้นของพลังงานจำเพาะของกราฟีนอยู่ใกล้กับ 65 kWh/kg ตัวบ่งชี้นี้สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปในปัจจุบันถึง 47 เท่า นักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อเท็จจริงนี้เพื่อสร้างที่ชาร์จรุ่นใหม่

แบตเตอรี่กราฟีน-โพลีเมอร์เป็นอุปกรณ์ที่เก็บพลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ปัจจุบันงานวิจัยนี้กำลังดำเนินการโดยนักวิจัยจากหลายประเทศ นักวิทยาศาสตร์ชาวสเปนประสบความสำเร็จอย่างมากในเรื่องนี้ แบตเตอรี่กราฟีน-โพลีเมอร์ที่พวกเขาสร้างขึ้นมีความจุพลังงานสูงกว่าแบตเตอรี่ที่มีอยู่หลายร้อยเท่า มันถูกใช้เพื่อติดตั้งยานพาหนะไฟฟ้า รถที่ติดตั้งสามารถเดินทางได้หลายพันกิโลเมตรโดยไม่ต้องหยุดรถ ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าจะใช้เวลาไม่เกิน 8 นาทีเมื่อแหล่งพลังงานหมด

หน้าจอสัมผัส

นักวิทยาศาสตร์ยังคงสำรวจกราฟีนต่อไป เพื่อสร้างสิ่งใหม่ๆ ที่มีเอกลักษณ์ ดังนั้นวัสดุนาโนคาร์บอนจึงพบการประยุกต์ใช้ในการผลิตหน้าจอสัมผัสขนาดใหญ่ในแนวทแยง ในอนาคตอาจมีอุปกรณ์ที่ยืดหยุ่นประเภทนี้ปรากฏขึ้น

นักวิทยาศาสตร์ได้แผ่นกราฟีนรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามาแปลงเป็นอิเล็กโทรดโปร่งใส เขาคือผู้ที่มีส่วนร่วมในการทำงานของจอแสดงผลแบบสัมผัส ในขณะที่โดดเด่นด้วยความทนทาน ความโปร่งใสที่เพิ่มขึ้น ความยืดหยุ่น เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และต้นทุนต่ำ

การได้รับกราฟีน

ตั้งแต่ปี 2004 เมื่อมีการค้นพบวัสดุนาโนใหม่ล่าสุด นักวิทยาศาสตร์ได้เชี่ยวชาญวิธีการผลิตหลายวิธี อย่างไรก็ตาม วิธีพื้นฐานที่สุดคือวิธีการต่อไปนี้:

การขัดผิวด้วยกลไก
- การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวในสุญญากาศ
- การระบายความร้อนด้วยสารเคมีรอบเฟส (กระบวนการ CVD)

วิธีแรกจากสามวิธีนี้เป็นวิธีที่ง่ายที่สุด การผลิตกราฟีนโดยการขัดผิวด้วยกลไกเกี่ยวข้องกับการใช้กราไฟท์พิเศษกับพื้นผิวกาวของเทปฉนวน หลังจากนั้นฐานก็เหมือนกับกระดาษแผ่นหนึ่งเริ่มโค้งงอและไม่โค้งงอและแยกออกจากกัน วัสดุที่จำเป็น- เมื่อใช้วิธีนี้จะได้กราฟีน คุณภาพสูง- อย่างไรก็ตาม การกระทำดังกล่าวไม่เหมาะสำหรับการผลิตวัสดุนาโนชนิดนี้ในปริมาณมาก

เมื่อใช้วิธีการเติบโตแบบอีปิเทกเซียล จะใช้เวเฟอร์ซิลิคอนบาง ๆ ซึ่งชั้นผิวเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์ จากนั้นวัสดุนี้จะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงมาก (สูงถึง 1,000 K) อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี อะตอมของซิลิคอนจะถูกแยกออกจากอะตอมของคาร์บอน ซึ่งอะตอมแรกจะระเหยไป เป็นผลให้กราฟีนบริสุทธิ์ยังคงอยู่บนจาน ข้อเสียของวิธีนี้คือต้องใช้มาก อุณหภูมิสูงซึ่งการเผาไหม้ของอะตอมคาร์บอนสามารถเกิดขึ้นได้

น่าเชื่อถือที่สุดและ ด้วยวิธีง่ายๆกระบวนการ CVD ที่ใช้ในการผลิตกราฟีนจำนวนมาก เป็นวิธีการที่เกิดปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างการเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะกับก๊าซไฮโดรคาร์บอน

กราฟีนผลิตที่ไหน?

จนถึงปัจจุบัน บริษัทที่ใหญ่ที่สุดซึ่งผลิตวัสดุนาโนชนิดใหม่นี้ตั้งอยู่ในประเทศจีน ชื่อของผู้ผลิตรายนี้คือ Ningbo Morsh Technology เขาเริ่มการผลิตกราฟีนในปี 2555

ผู้บริโภคหลักของวัสดุนาโนคือ Chongqing Morsh Technology ใช้กราฟีนเพื่อผลิตฟิล์มโปร่งใสนำไฟฟ้าที่แทรกลงในจอแสดงผลแบบสัมผัส

เมื่อไม่นานมานี้ บริษัท Nokia ที่มีชื่อเสียงได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับเมทริกซ์ที่ไวต่อแสง เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่จำเป็นมากนี้ เครื่องมือทางแสงองค์ประกอบประกอบด้วยกราฟีนหลายชั้น วัสดุนี้ใช้กับเซนเซอร์กล้อง ช่วยเพิ่มความไวแสงได้อย่างมาก (มากถึง 1,000 เท่า) ขณะเดียวกันก็มีปริมาณการใช้ไฟฟ้าลดลง กล้องดีสำหรับสมาร์ทโฟนก็จะมีกราฟีนด้วย

ใบเสร็จรับเงินที่บ้าน

เป็นไปได้ไหมที่จะทำกราฟีนที่บ้าน? ปรากฎว่าใช่! คุณเพียงแค่ต้องใช้เครื่องปั่นในครัวที่มีกำลังอย่างน้อย 400 วัตต์แล้วทำตามวิธีการที่นักฟิสิกส์ชาวไอริชพัฒนาขึ้น

วิธีทำกราฟีนที่บ้าน? ในการทำเช่นนี้ให้เทน้ำ 500 มล. ลงในชามเครื่องปั่นโดยเติมผงซักฟอก 10-25 มิลลิลิตรและตะกั่วบด 20-50 กรัมลงในของเหลว ถัดไป อุปกรณ์ควรทำงานเป็นเวลา 10 นาทีถึงครึ่งชั่วโมง จนกระทั่งเกล็ดกราฟีนแขวนลอยปรากฏขึ้น วัสดุที่ได้จะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงซึ่งจะช่วยให้นำไปใช้ในอิเล็กโทรดตาแมวได้ ผลิตใน สภาพความเป็นอยู่กราฟีนสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของพลาสติกได้

วัสดุนาโนออกไซด์

นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาโครงสร้างของกราฟีนอย่างกระตือรือร้น ซึ่งมีกลุ่มฟังก์ชันและ/หรือโมเลกุลที่มีออกซิเจนติดอยู่ภายในหรือตามขอบของโครงข่ายคาร์บอน เป็นออกไซด์ของสารนาโนที่แข็งที่สุดและเป็นวัสดุสองมิติแรกที่ไปถึงขั้นตอนการผลิตเชิงพาณิชย์ นักวิทยาศาสตร์สร้างตัวอย่างขนาดเซนติเมตรจากอนุภาคนาโนและอนุภาคขนาดเล็กของโครงสร้างนี้

ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนจึงได้รับกราฟีนออกไซด์ร่วมกับคาร์บอนไดโอฟิไลซ์ นี่เป็นวัสดุที่เบามาก โดยมีลูกบาศก์เซนติเมตรวางอยู่บนกลีบดอกไม้เล็กๆ แต่ในขณะเดียวกัน สารใหม่ซึ่งประกอบด้วยกราฟีนออกไซด์ ก็เป็นหนึ่งในสารที่แข็งที่สุดในโลก

การประยุกต์ใช้ชีวการแพทย์

กราฟีนออกไซด์มีคุณสมบัติในการคัดเลือกที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งจะช่วยให้สารนี้สามารถนำไปใช้ทางชีวการแพทย์ได้ ด้วยเหตุนี้ ต้องขอบคุณผลงานของนักวิทยาศาสตร์ที่ทำให้สามารถใช้กราฟีนออกไซด์ในการวินิจฉัยโรคมะเร็งได้ ตรวจพบเนื้องอกเนื้อร้ายบน ระยะแรกการพัฒนาดังกล่าวเกิดขึ้นได้ด้วยระบบออพติคัลและที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว คุณสมบัติทางไฟฟ้าวัสดุนาโน

กราฟีนออกไซด์ยังช่วยให้สามารถจัดส่งยาและการวินิจฉัยได้อย่างตรงเป้าหมายอีกด้วย ขึ้นอยู่กับวัสดุนี้ ไบโอเซนเซอร์ดูดซับจะถูกสร้างขึ้นเพื่อระบุโมเลกุล DNA

การใช้งานทางอุตสาหกรรม

ตัวดูดซับหลายชนิดที่ใช้กราฟีนออกไซด์สามารถใช้เพื่อขจัดการปนเปื้อนที่มนุษย์สร้างขึ้นและ วัตถุธรรมชาติ- นอกจากนี้วัสดุนาโนนี้สามารถแปรรูปใต้ดินและ น้ำผิวดินเช่นเดียวกับดินที่กำจัดนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีออกไป

ตัวกรองกราฟีนออกไซด์ช่วยให้ห้องสะอาดเป็นพิเศษที่ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้ วัตถุประสงค์พิเศษ- คุณสมบัติเฉพาะของวัสดุนี้จะช่วยให้คุณสามารถเจาะเข้าไปได้ เทคโนโลยีที่ละเอียดอ่อนทรงกลมเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นี่อาจเป็นการสกัดสารกัมมันตภาพรังสี ร่องรอย และโลหะหายาก ดังนั้นการใช้กราฟีนออกไซด์จะทำให้สามารถสกัดทองคำจากแร่คุณภาพต่ำได้

เทคโนโลยีชั้นสูงที่บ้าน ผู้ได้รับรางวัล รางวัลโนเบล Konstantin Novoselov เล่าให้คุณฟังว่าคุณสามารถสร้างกราฟีนด้วยตัวเองจากเศษวัสดุได้อย่างไร มันได้สร้างความรู้สึกที่แท้จริงในโลกแห่งวิทยาศาสตร์ และในอนาคตสามารถใช้ได้ในทุกด้าน ตั้งแต่การทำอาหารไปจนถึงการบินในอวกาศ

แน่นอนว่าการสร้างเวทีสำหรับผู้ได้รับรางวัลโนเบลนั้นไม่ใช่การประดิษฐ์กราฟีน หน้าจอสำหรับแสดงภาพและวิดีโอสไลด์ประกอบได้ในเวลาเพียงไม่กี่นาที กรอบ การยึด และนี่คือความมหัศจรรย์ของความเรียบง่าย อุปกรณ์ในการเล่าให้ดังที่สุด การค้นพบทางวิทยาศาสตร์เมื่อเร็ว ๆ นี้ Konstantin Novoselov นำมันมาด้วยในกระเป๋าเป้ธรรมดา

มีแล็ปท็อปอยู่ข้างใน ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์คุ้นเคยกับการเดินทางของแสง คำถามแรกจากผู้ชม - และคำตอบที่สร้างความตื่นเต้นให้กับจินตนาการทันที ปรากฎว่าเกือบทุกคนสามารถรับเนื้อหาที่คาดว่าจะมีอนาคตที่ดีได้

"สิ่งที่คุณต้องมีคือซื้อกราไฟท์ดีๆ โดยหลักการแล้ว คุณสามารถใช้ดินสอได้ แต่จะดีกว่าถ้าซื้อกราไฟท์ดีๆ คุณจะต้องใช้เงิน 100 เหรียญสหรัฐในการซื้อกราไฟท์นั้น คุณจะต้องจ่าย 20 เหรียญสหรัฐสำหรับแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน และ 1 เหรียญสำหรับเทป นั่นคือ ฉันสัญญาว่าคุณจะได้เรียนรู้วิธีสร้างกราฟีนที่น่าทึ่งด้วยเงิน 121 ดอลลาร์” นักวิทยาศาสตร์กล่าว

ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่โลกแห่งวิทยาศาสตร์พูดทันทีเกี่ยวกับการค้นพบนี้: ทุกสิ่งที่ชาญฉลาดนั้นเรียบง่าย วัสดุที่มีกราไฟท์เป็นหลักสามารถปฏิวัติอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ เราคุ้นเคยกับความจริงที่ว่ามีอุปกรณ์สมัยใหม่อยู่แล้ว โทรศัพท์มือถือทั้งคอมพิวเตอร์และกล้องในเครื่องเดียว ด้วยกราฟีน อุปกรณ์เหล่านี้จะบางลงมาก ทั้งยังโปร่งใสและยืดหยุ่นอีกด้วย ขอบคุณ คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์เรื่องอุปกรณ์ดังกล่าวไม่น่ากลัวที่จะตก

“มันมีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่น่าสนใจมาก มันสามารถนำไปใช้กับทรานซิสเตอร์ได้ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งหลายบริษัทกำลังพยายามสร้างทรานซิสเตอร์ความเร็วสูงจากวัสดุนี้เพื่อใช้ เช่น ใน การสื่อสารเคลื่อนที่"อธิบาย ผู้ได้รับรางวัลโนเบล.

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุในอนาคต วัสดุนี้จะสามารถทดแทนซิลิคอนที่ค่อยๆ มีอายุมากขึ้นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดได้อย่างสมบูรณ์ จนถึงตอนนี้เทคนิคนี้ดูเหมือนปาฏิหาริย์ อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่นานมานี้ เรื่องประหลาดใจเดียวกันนี้เกิดขึ้นจากทีวี LCD หรืออินเทอร์เน็ต โดยวิธีการที่โลก เครือข่ายคอมพิวเตอร์การใช้กราฟีนจะเร็วขึ้นหลายสิบเท่า ในด้านชีววิทยา เทคโนโลยีการถอดรหัสแบบก้าวหน้าจะปรากฏขึ้นพร้อมกับเนื้อหาใหม่ โครงสร้างทางเคมีดีเอ็นเอ. การใช้กราฟีนที่เบาเป็นพิเศษและมีความแข็งแรงสูงจะพบการใช้งานในการบินและการก่อสร้าง ยานอวกาศ.

“วัสดุที่บางที่สุด แข็งแรงที่สุด เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากที่สุด ซึ่งผ่านไม่ได้มากที่สุด และยืดหยุ่นที่สุด โดยทั่วไปแล้ว วัสดุนี้จะดีที่สุดคือกราฟีน” Novoselov เน้นย้ำ

รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ได้รับรางวัลจากการทดลองขั้นสูงกับกราฟีนในปี 2010 นี่เป็นครั้งแรกที่วัสดุเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์จึงสามารถย้ายจากห้องปฏิบัติการทางวิชาการไปสู่การผลิตเชิงอุตสาหกรรมได้อย่างรวดเร็ว ในรัสเซีย ความสนใจในการพัฒนาของ Konstantin Novoselov นั้นยอดเยี่ยมมาก สถานที่จัดเทศกาล Bookmarket และ Gorky Park เปิดให้ทุกคนเข้าชม และสภาพอากาศที่เย็นสบายและฝนก็ไม่ใช่อุปสรรคต่อวิทยาศาสตร์ที่แท้จริง

กราฟีนเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก แข็งแกร่งกว่าเหล็กถึง 300 เท่า แผ่นกราฟีนที่มีพื้นที่หนึ่งตารางเมตรและความหนาเพียงอะตอมเดียวสามารถจับวัตถุที่มีน้ำหนัก 4 กิโลกรัมได้ กราฟีนสามารถงอ ม้วน และยืดได้เช่นเดียวกับผ้าเช็ดปาก กระดาษเช็ดปากน้ำตาในมือของคุณ สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นกับกราฟีน

คาร์บอนรูปแบบอื่นๆ: กราฟีน เสริมแรง - กราฟีนเสริมแรง , ปืนสั้น, เพชร, ฟูลเลอรีน, ท่อนาโนคาร์บอน, “หนวด”

คำอธิบายของกราฟีน:

กราฟีนเป็นคาร์บอนที่มีการแบ่งส่วนสองมิติ โดยที่อะตอมจะถูกจัดเรียงไว้ในโครงตาข่ายคริสตัลหกเหลี่ยมเพื่อสร้างชั้นที่มีความหนาหนึ่งอะตอม อะตอมของคาร์บอนในกราฟีนเชื่อมต่อถึงกันด้วยพันธะ sp 2 กราฟีนมีความสำคัญอย่างแท้จริง สิ่งทอ.

คาร์บอนมีการจัดสรรหลายส่วน บางส่วน เช่น เพชรและกราไฟท์เป็นที่รู้จักกันมานานแล้ว ในขณะที่ชนิดอื่น ๆ ถูกค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ (10-15 ปีที่แล้ว) - ฟูลเลอรีนและ ท่อนาโนคาร์บอน- ควรสังเกตว่ากราไฟท์ซึ่งรู้จักกันมานานหลายทศวรรษนั้นเป็นกองแผ่นกราฟีน เช่น ประกอบด้วยระนาบกราฟีนหลายอัน

ได้รับสารใหม่โดยใช้กราฟีน ได้แก่ กราฟีนออกไซด์ กราฟีนไฮไดรด์ (เรียกว่ากราฟีน) และฟลูออโรกราฟีน (ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของกราฟีนกับฟลูออรีน)

กราฟีนมีคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้สามารถนำไปใช้ในด้านต่างๆ ได้

คุณสมบัติและข้อดีของกราฟีน:

— กราฟีนเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก แข็งแกร่งขึ้น 300 เท่า เหล็ก. แผ่นกราฟีนที่มีพื้นที่หนึ่งตารางเมตรและความหนาเพียงอะตอมเดียวสามารถจับวัตถุที่มีน้ำหนัก 4 กิโลกรัมได้ กราฟีนสามารถงอ ม้วน และยืดได้เช่นเดียวกับผ้าเช็ดปาก กระดาษเช็ดปากน้ำตาในมือของคุณ สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นกับกราฟีน

— ด้วยโครงสร้างสองมิติของกราฟีน ทำให้กราฟีนเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นสูง ซึ่งจะช่วยให้นำไปใช้ได้ เช่น ในการทอด้ายและโครงสร้างเชือกอื่นๆ ในกรณีนี้ “เชือก” กราฟีนบาง ๆ จะมีความแข็งแรงใกล้เคียงกับเชือกเหล็กหนาและหนัก

- ภายใต้เงื่อนไขบางประการ กราฟีนจะกระตุ้นความสามารถอีกอย่างหนึ่งที่ช่วยให้สามารถ "รักษา" "รู" ในโครงสร้างผลึกได้ในกรณีที่เกิดความเสียหาย

— กราฟีนมีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่า กราฟีนแทบไม่มีความต้านทานเลย กราฟีนมีความคล่องตัวของอิเล็กตรอนสูงกว่าถึง 70 เท่า ซิลิคอน- ความเร็วของอิเล็กตรอนในกราฟีนคือ 10,000 กิโลเมตรต่อวินาที แม้ว่าในตัวนำปกติจะมีความเร็วของอิเล็กตรอนประมาณ 100 เมตรต่อวินาทีก็ตาม

- มีความจุไฟฟ้าสูงความเข้มของพลังงานจำเพาะของกราฟีนเข้าใกล้ 65 kWh/kg ตัวเลขนี้สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่แพร่หลายในปัจจุบันถึง 47 เท่า แบตเตอรี่,

— มีค่าการนำความร้อนสูง นำความร้อนได้มากกว่า 10 เท่า ทองแดง,

— โดดเด่นด้วยความโปร่งใสทางแสงที่สมบูรณ์ มันดูดซับแสงเพียง 2.3%

— ฟิล์มกราฟีนช่วยให้โมเลกุลของน้ำไหลผ่านได้และในขณะเดียวกันก็รักษาโมเลกุลอื่นๆ ทั้งหมดไว้ ซึ่งทำให้สามารถใช้เป็นเครื่องกรองน้ำได้

- วัสดุที่เบาที่สุด เบากว่าขนนกถึง 6 เท่า

— ความเฉื่อยต่อ สิ่งแวดล้อม,

- ดูดซับกากกัมมันตรังสี

— เนื่องจากการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน (การสั่นด้วยความร้อน) ของอะตอมคาร์บอนในแผ่นกราฟีน ทำให้ส่วนหลังสามารถ "สร้าง" พลังงานไฟฟ้า,

— เป็นพื้นฐานสำหรับการประกอบวัสดุสองมิติที่เป็นอิสระไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างเฮเทอโรสองมิติหลายชั้นด้วย

คุณสมบัติทางกายภาพของกราฟีน*:

*ที่อุณหภูมิห้อง

การได้รับกราฟีน:

วิธีหลักในการรับกราฟีนคือ:

— การขัดผิวด้วยเครื่องกลระดับจุลภาคของชั้นกราไฟท์ (วิธี Novoselov - วิธีสก๊อตเทป) วางตัวอย่างกราไฟท์ไว้ระหว่างแถบเทป และชั้นต่างๆ ถูกลอกออกอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งเหลือชั้นบางๆ สุดท้ายซึ่งประกอบด้วยกราฟีน

— การกระจายตัว กราไฟท์วี สภาพแวดล้อมทางน้ำ,

— การขัดผิวทางกล

— การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวในสุญญากาศ

— การทำความเย็นเฟสไอสารเคมี (กระบวนการ CVD)

— วิธีการ "ขับเหงื่อ" คาร์บอนจากสารละลายในโลหะหรือระหว่างการสลายตัวของคาร์ไบด์

การได้รับกราฟีนที่บ้าน:

คุณต้องใช้เครื่องปั่นในครัวที่มีกำลังไฟอย่างน้อย 400 วัตต์ เทน้ำ 500 มล. ลงในชามเครื่องปั่น โดยเติมผงซักฟอกใดๆ ก็ได้ 10-25 มล. และไส้ดินสอบด 20-50 กรัม ลงในของเหลว ถัดไป เครื่องปั่นควรทำงานเป็นเวลา 10 นาทีถึงครึ่งชั่วโมงจนกระทั่งเกล็ดกราฟีนแขวนลอยปรากฏขึ้น วัสดุที่ได้จะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงซึ่งจะช่วยให้นำไปใช้ในอิเล็กโทรดตาแมวได้ นอกจากนี้กราฟีนที่ผลิตที่บ้านสามารถปรับปรุงคุณสมบัติของพลาสติกได้

การใช้งานกราฟีน:

— พลังงานแสงอาทิตย์

— การทำน้ำให้บริสุทธิ์, การกรองน้ำ, การแยกเกลือออกจากทะเล น้ำทะเล,

— อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (จอภาพ LCD, ทรานซิสเตอร์, ไมโครวงจร ฯลฯ )

— ในแบตเตอรี่และแหล่งพลังงาน แบตเตอรี่กราฟีนช่วยให้รถวิ่งได้ 1,000 กม. โดยไม่ต้องชาร์จใหม่ ซึ่งใช้เวลาชาร์จไม่เกิน 16 วินาที

— ยา. นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเกล็ดกราฟีนออกไซด์เร่งการขยายตัวของเซลล์ต้นกำเนิดและการสร้างเซลล์ใหม่ เนื้อเยื่อกระดูก,

— การสร้างซูเปอร์คอมโพสิต

— การทำน้ำให้บริสุทธิ์จากการปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสี กราฟีนออกไซด์จะกำจัดสารกัมมันตภาพรังสีออกจากน้ำที่ปนเปื้อนอย่างรวดเร็ว เกล็ดกราฟีนออกไซด์จับกับไอโซโทปรังสีธรรมชาติและไอโซโทปเทียมอย่างรวดเร็ว และควบแน่นให้เป็นของแข็ง เกล็ดเหล่านี้ละลายได้ของเหลวและผลิตได้ง่ายในระดับอุตสาหกรรม

วิธีทำกราฟีน วิกิพีเดีย วัสดุ คุณสมบัติของแบตเตอรี่ แอโรเจล กราไฟท์คาร์บอน ซื้อวิดีโอราคา รัสเซีย การนำเสนอความหนาแน่น
การประยุกต์ใช้ทางเทคนิค การค้นพบ เทคโนโลยีการผลิต โครงสร้างการผลิต การประดิษฐ์กราฟีนใน อุปกรณ์แอลอีดีมีดต้นแบบ

ปัจจัยอุปสงค์ 1 724

โพล

ประเทศของเราต้องการการพัฒนาอุตสาหกรรมหรือไม่?

• ใช่ เราต้องการมัน (90%, 2,486 โหวต)
• ไม่ ไม่จำเป็น (6%, 178 โหวต)
• ไม่ทราบ (4%, 77 โหวต)

ค้นหาเทคโนโลยี

เทคโนโลยีที่พบ 1

จนเมื่อปีที่แล้วมีเพียงหนึ่งเดียว รู้จักกับวิทยาศาสตร์วิธีการผลิตกราฟีนคือการทากราไฟท์บางๆ บนเทปกาว จากนั้นจึงถอดฐานออก เทคนิคนี้เรียกว่า “เทคนิคสก๊อตเทป” อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่ามีวิธีที่มีประสิทธิภาพมากกว่าในการรับวัสดุใหม่: พวกเขาเริ่มใช้ชั้นทองแดง นิกเกิล หรือซิลิคอนเป็นฐาน ซึ่งจะถูกลบออกโดยการแกะสลัก (รูปที่ 2) ด้วยวิธีนี้ แผ่นกราฟีนสี่เหลี่ยมกว้าง 76 เซนติเมตรถูกสร้างขึ้นโดยทีมนักวิทยาศาสตร์จากเกาหลี ญี่ปุ่น และสิงคโปร์ นักวิจัยไม่เพียงแต่สร้างบันทึกเกี่ยวกับขนาดของชิ้นส่วนของโครงสร้างชั้นเดียวที่ทำจากอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น แต่ยังสร้างหน้าจอที่ละเอียดอ่อนโดยใช้แผ่นที่มีความยืดหยุ่นอีกด้วย

รูปที่ 2: การได้รับกราฟีนโดยวิธีการแกะสลัก

เป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์ได้รับ "เกล็ด" กราฟีนในปี 2547 เท่านั้น เมื่อมีขนาดเพียง 10 ไมโครเมตร ปีที่แล้ว ทีมงานของ Rodney Ruoff จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินประกาศว่าพวกเขาสามารถสร้าง "เศษ" ของกราฟีนขนาดเซนติเมตรได้

Ruoff และเพื่อนร่วมงานของเขาสะสมอะตอมของคาร์บอนบนฟอยล์ทองแดงโดยใช้การสะสมไอสารเคมี (CVD) นักวิจัยในห้องปฏิบัติการของศาสตราจารย์บยอน ฮี ฮง จากมหาวิทยาลัยซองฮยอนกวาน ดำเนินการเพิ่มเติมและขยายแผ่นงานให้มีขนาดเท่ากับเต็มหน้าจอ เทคโนโลยี “ม้วนต่อม้วน” ใหม่ (การประมวลผลแบบม้วนต่อม้วน) ทำให้สามารถผลิตริบบอนยาวจากกราฟีนได้ (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูงของชั้นกราฟีนแบบเรียงซ้อน

นักฟิสิกส์วางชั้นของกาวโพลีเมอร์ไว้บนแผ่นกราฟีน ละลายพื้นผิวทองแดง จากนั้นจึงแยกฟิล์มโพลีเมอร์ออก เพื่อให้ได้กราฟีนเพียงชั้นเดียว เพื่อให้แผ่นมีความแข็งแรงมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ใช้วิธีการเดียวกันในการ "ขยาย" กราฟีนเพิ่มอีกสามชั้น สุดท้าย "แซนวิช" ที่ได้จะถูกบำบัดด้วยกรดไนตริกเพื่อปรับปรุงการนำไฟฟ้า กราฟีนแผ่นใหม่จะถูกวางบนพื้นผิวโพลีเอสเตอร์และส่งต่อระหว่างลูกกลิ้งที่ให้ความร้อน (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: เทคโนโลยีโรลสำหรับการผลิตกราฟีน

โครงสร้างที่ได้นั้นส่งผ่านแสงได้ 90% และมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำกว่ามาตรฐาน แต่ก็ยังมีราคาแพงมาก ตัวนำโปร่งใส - อินเดียมทินออกไซด์ (ITO) อย่างไรก็ตาม การใช้แผ่นกราฟีนเป็นพื้นฐานของหน้าจอสัมผัส นักวิจัยค้นพบว่าโครงสร้างของพวกมันเปราะบางน้อยกว่าเช่นกัน

จริงอยู่ที่แม้จะประสบความสำเร็จทั้งหมด แต่เทคโนโลยีก็ยังห่างไกลจากการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ ฟิล์มใสที่ทำจากท่อนาโนคาร์บอนพยายามแทนที่ ITO มาระยะหนึ่งแล้ว แต่ผู้ผลิตไม่สามารถรับมือกับปัญหา "พิกเซลเสีย" ที่ปรากฏขึ้นบนข้อบกพร่องของฟิล์มได้

การประยุกต์กราฟีนในวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

ความสว่างของพิกเซลในจอแบนถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดสองตัว ซึ่งหนึ่งในนั้นหันหน้าไปทางผู้ชม (รูปที่ 5) อิเล็กโทรดเหล่านี้จะต้องโปร่งใส ปัจจุบันอินเดียมออกไซด์เจือด้วยดีบุก (ITO) ใช้ในการผลิตอิเล็กโทรดโปร่งใส แต่ ITO มีราคาแพงและไม่ใช่สารที่เสถียรที่สุด นอกจากนี้ โลกจะหมดอินเดียมในไม่ช้า กราฟีนมีความโปร่งใสและเสถียรกว่า ITO และได้สาธิตจอแสดงผล LCD ที่มีอิเล็กโทรดกราฟีนแล้ว

รูปที่ 5: ความสว่างของหน้าจอกราฟีนตามฟังก์ชันของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

วัสดุนี้มีศักยภาพที่ดีในด้านอื่น ๆ ของอิเล็กทรอนิกส์ ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2551 นักวิทยาศาสตร์จากแมนเชสเตอร์ได้สาธิตทรานซิสเตอร์กราฟีนที่เล็กที่สุดในโลก ชั้นกราฟีนที่สม่ำเสมออย่างสมบูรณ์แบบจะควบคุมความต้านทานของวัสดุ และเปลี่ยนให้เป็นอิเล็กทริก เป็นไปได้ที่จะสร้างสวิตช์ไฟระดับจุลภาคสำหรับนาโนทรานซิสเตอร์ความเร็วสูงเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนแต่ละตัว ยิ่งทรานซิสเตอร์ในไมโครโปรเซสเซอร์มีขนาดเล็กเท่าใด ความเร็วก็ยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น และนักวิทยาศาสตร์หวังว่าทรานซิสเตอร์แบบกราฟีนในคอมพิวเตอร์ในอนาคตจะมีขนาดโมเลกุล เนื่องจากเทคโนโลยีไมโครทรานซิสเตอร์ชนิดซิลิคอนในปัจจุบันเกือบจะถึงขีดจำกัดแล้ว

กราฟีนไม่ได้เป็นเพียงตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมเท่านั้น มีค่าการนำความร้อนสูงที่สุด: การสั่นสะเทือนของอะตอมจะแพร่กระจายไปทั่วตาข่ายคาร์บอนของโครงสร้างเซลล์ได้อย่างง่ายดาย การกระจายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นปัญหาร้ายแรงเนื่องจากมีข้อจำกัดเกี่ยวกับอุณหภูมิสูงที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถทนได้ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ได้ค้นพบว่าทรานซิสเตอร์ที่ใช้กราฟีนมีคุณสมบัติที่น่าสนใจ พวกมันแสดงเอฟเฟกต์เทอร์โมอิเล็กทริกส่งผลให้อุณหภูมิของอุปกรณ์ลดลง นี่อาจหมายความว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กราฟีนจะทำให้หม้อน้ำและพัดลมกลายเป็นเรื่องในอดีต ดังนั้นความน่าดึงดูดของกราฟีนในฐานะวัสดุที่มีแนวโน้มสำหรับวงจรไมโครในอนาคตจึงเพิ่มขึ้นอีก (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: หัววัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมกำลังสแกนพื้นผิวของหน้าสัมผัสโลหะกราฟีนเพื่อวัดอุณหภูมิ

นักวิทยาศาสตร์ประสบปัญหาในการวัดค่าการนำความร้อนของกราฟีน พวกเขาคิดค้นวิธีใหม่ในการวัดอุณหภูมิโดยการวางฟิล์มกราฟีนยาว 3 ไมครอนไว้เหนือรูเล็กๆ เดียวกันในคริสตัลซิลิคอนไดออกไซด์ จากนั้นฟิล์มก็ถูกให้ความร้อนด้วยลำแสงเลเซอร์จนเกิดการสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนเหล่านี้ช่วยคำนวณอุณหภูมิและการนำความร้อน

ความเฉลียวฉลาดของนักวิทยาศาสตร์ไม่มีขอบเขตในการใช้คุณสมบัติอันมหัศจรรย์ของสารใหม่ ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2550 ได้มีการสร้างเซ็นเซอร์ที่ไวที่สุดในบรรดาเซ็นเซอร์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด สามารถทำปฏิกิริยากับก๊าซหนึ่งโมเลกุล ซึ่งจะช่วยตรวจจับสารพิษหรือวัตถุระเบิดได้ทันที โมเลกุลแปลกปลอมจะตกลงสู่เครือข่ายกราฟีนอย่างสงบ โดยผลักอิเล็กตรอนออกจากเครือข่ายหรือเพิ่มเข้าไป ส่งผลให้ความต้านทานไฟฟ้าของชั้นกราฟีนเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งนักวิทยาศาสตร์วัดได้ แม้แต่โมเลกุลที่เล็กที่สุดก็ยังถูกดักจับโดยตาข่ายกราฟีนที่ทนทาน ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2551 นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Cornell ในสหรัฐอเมริกาได้แสดงให้เห็นว่าเมมเบรนกราฟีน เช่น บอลลูนบางๆ ถูกพองตัวได้อย่างไรเนื่องจากความแตกต่างของความดันในชั้นบรรยากาศต่างๆ ทั้งสองด้าน คุณลักษณะของกราฟีนนี้จะมีประโยชน์ในการพิจารณาการเกิดเหตุการณ์ต่างๆ ปฏิกิริยาเคมีและโดยทั่วไปเมื่อศึกษาพฤติกรรมของอะตอมและโมเลกุล

การผลิตกราฟีนบริสุทธิ์แผ่นใหญ่ยังคงเป็นเรื่องยากมาก แต่งานนี้สามารถทำให้ง่ายขึ้นได้หากชั้นคาร์บอนผสมกับองค์ประกอบอื่นๆ ที่มหาวิทยาลัย Northwestern ในสหรัฐอเมริกา กราไฟท์ถูกออกซิไดซ์และละลายในน้ำ ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุคล้ายกระดาษ - กระดาษกราฟีนออกไซด์ (รูปที่ 7) มันยากมากและค่อนข้างง่ายที่จะทำ กราฟีนออกไซด์มีประโยชน์ในฐานะเมมเบรนที่แข็งแกร่งในแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิง

รูปที่ 7: กระดาษกราฟีนออกไซด์

เมมเบรนกราฟีนเป็นสารตั้งต้นในอุดมคติสำหรับวัตถุที่ศึกษาภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เซลล์ที่ไร้ที่ติจะรวมภาพเข้ากับพื้นหลังสีเทาที่สม่ำเสมอ ซึ่งทำให้อะตอมอื่นโดดเด่นอย่างชัดเจน จนถึงขณะนี้ แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะแยกแยะอะตอมที่เบาที่สุดในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แต่เมื่อมีกราฟีนเป็นสารตั้งต้น แม้แต่อะตอมไฮโดรเจนขนาดเล็กก็สามารถมองเห็นได้

ความเป็นไปได้ในการใช้กราฟีนสามารถแสดงได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด เมื่อเร็วๆ นี้ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Northwestern ในสหรัฐอเมริกาค้นพบว่ากราฟีนสามารถผสมกับพลาสติกได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุที่บางและแข็งแรงเป็นพิเศษ ซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและไม่ทนต่อก๊าซและของเหลว

ขอบเขตการใช้งานคือการผลิตปั๊มน้ำมันน้ำหนักเบา ชิ้นส่วนอะไหล่สำหรับรถยนต์และเครื่องบิน และใบกังหันลมที่ทนทาน คุณสามารถบรรจุผลิตภัณฑ์อาหารลงในพลาสติกเพื่อให้คงความสดได้เป็นเวลานาน

กราฟีนไม่เพียงแต่เป็นวัสดุที่บางที่สุด แต่ยังเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุดในโลกอีกด้วย นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์กตรวจสอบเรื่องนี้โดยการวางกราฟีนไว้เหนือรูเล็กๆ ในคริสตัลซิลิคอน จากนั้น โดยการกดเข็มเพชรที่บางมาก พวกเขาพยายามทำลายชั้นกราฟีนและวัดแรงกด (รูปที่ 8) ปรากฎว่ากราฟีนแข็งแกร่งกว่าเหล็กถึง 200 เท่า หากคุณจินตนาการถึงชั้นกราฟีนที่หนาเท่ากับฟิล์มยึดเกาะ ชั้นนั้นจะทนทานต่อแรงกดของปลายดินสอ ซึ่งอยู่อีกด้านหนึ่งของที่ช้างหรือรถจะทรงตัวได้

รูปที่ 8: แรงกดบนกราฟีนของเข็มเพชร

กราฟีนเป็นวัสดุปฏิวัติแห่งศตวรรษที่ 21 เป็นสารประกอบคาร์บอนที่แข็งแกร่งที่สุด เบาที่สุด และเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้มากที่สุด

Graphene ถูกค้นพบโดย Konstantin Novoselov และ Andrei Geim ซึ่งทำงานที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้รับรางวัลโนเบล จนถึงปัจจุบัน มีการจัดสรรเงินประมาณหมื่นล้านดอลลาร์เพื่อวิจัยคุณสมบัติของกราฟีนมานานกว่าสิบปี และมีข่าวลือว่าสามารถใช้แทนซิลิคอนได้อย่างดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

อย่างไรก็ตาม มีการคาดการณ์โครงสร้างสองมิติที่คล้ายกับวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบหลักสำหรับองค์ประกอบอื่นๆ ตารางธาตุ องค์ประกอบทางเคมีและเมื่อไม่นานมานี้มีการศึกษาคุณสมบัติที่ผิดปกติของสารใดสารหนึ่งเหล่านี้ สารนี้เรียกว่า “บลูฟอสฟอรัส”

Konstantin Novoselov และ Andrey Geim ซึ่งเกิดในรัสเซีย เกิดในอังกฤษ ได้สร้างกราฟีน ซึ่งเป็นชั้นโปร่งแสงของคาร์บอนหนา 1 อะตอมในปี 2547 ตั้งแต่วินาทีนั้นเป็นต้นมา แทบจะในทันทีและทุกที่ เราเริ่มได้ยินคำสรรเสริญเกี่ยวกับคุณสมบัติที่น่าทึ่งต่างๆ ของวัสดุ ซึ่งมีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงโลกของเราและค้นพบการประยุกต์ใช้ได้มากที่สุด พื้นที่ที่แตกต่างกันเริ่มต้นจากการผลิต คอมพิวเตอร์ควอนตัมและปิดท้ายด้วยการผลิตไส้กรองเพื่อความสะอาด น้ำดื่ม- 15 ปีผ่านไป แต่โลกภายใต้อิทธิพลของกราฟีนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ทำไม