Разработки на основе графена уже близки к массовому внедрению в экономику

ЭкспертБизнес

Графен меняет всё

Разработки на основе графена уже близки к массовому внедрению в экономику. Россия отстает, но еще может попасть в число лидеров одной из самых перспективных технологий нашего времени

Евгений Аметистов

Фото ИТАР-ТАСС/ Артем Геодакян

За последнее десятилетие графен (однослойный, толщиной в один атом, материал, состоящий из упакованных на плоскости в шестиугольники атомов углерода) стал не только объектом десятков тысяч научных публикаций в год, но и множества перспективных практических применений, способных радикально изменить материальный мир вокруг нас.

Например, одно из активно исследуемых явлений — термоэлектрический эффект с использованием графена. Как известно, термоэлектрический эффект — это явление возникновения электродвижущей силы на концах соединенных разнородных проводников, контакты которых находятся при различных температурах, например в «термопаре». Эффект, получивший название эффекта Зеебека, известен давно, но с появлением графена он найдет множество применений.

Так, в недавней работе, опубликованной в Nature Communications (Tan, Z. B., Laitinen, A., Kirsanov, N. S. et al. Thermoelectric Current in a Graphene Cooper Pair Splitter, в которой есть авторы в том числе из МФТИ), с помощью микроскопической термопары в графене был получен квантовый эффект — связанное поведение («квантовая спутанность») электронов на удаленном расстоянии.

С графеном связывают надежды на применение в микроэлектронике, в создании квантовых компьютеров, некремниевых транзисторов на основе туннельного эффекта между двумя слоями графена.

Тот же термоэлектрический эффект уже сейчас может позволить совершить прорыв в использовании самой перспективной и потенциально неисчерпаемой отрасли энергетики — солнечной. Сейчас солнечные батареи создаются на основе полупроводникового кремния, и у них есть принципиальные ограничения по КПД, они могу «уловить» только чуть больше половины (58%) солнечного спектра, а большая часть солнечной энергии уходит в тепло. Использование графеновой пленки позволит «поймать» не только большую часть солнечных фотонов, но и использовать наряду с полупроводниковым термоэлектрический эффект для преобразования солнечной энергии. Сейчас фотовольтаика (фотоэнергетика на основе полупроводников) достигла 22% КПД (еще недавно было 4%), но это практически предел, пленки на основе органических полупроводников могут прибавить 1–2%, а вот использование графена будет означать существенный рост КПД. Профессор кафедры низких температур Московского энергетического института Александр Дмитриев в своей лекции «Перспективная энергетика будущего на основе нанотехнологий и наноматериалов» предсказывает рост КПД в солнечных преобразователях до 35% на основе новых графеновых технологий.

Кстати, сейчас термоэлектрический эффект в наноматериалах уже применяется в дорогих марках машин: энергия тепла на выхлопной трубе и на других поверхностях, преобразованная с помощью специального покрытия в электрическую энергию, используется для питания аккумулятора и кондиционера. Но это, конечно, только начало массового применения.

Кроме того, графен позволяет создавать самые разнообразные композитные материалы с удивительными свойствами. Это звучит фантастически, но добавление графена практически в любой материал (металлы, цемент, керамика, полимеры, краски, покрытия, стекло и др.) улучшает его свойства прочности, долговечности и устойчивости к внешним воздействиям. Например, добавление менее 0,05% по массе графена в бетон делает бетон мелкозернистым, закрывает поры, делает его практически водонепроницаемым, скорость его созревания уменьшается, прочностные свойства значительно возрастают.

Обычная акриловая краска при добавлении небольшого количества графена становится проводящей, что уже сейчас может найти множество практических применений: при подключении 18 вольт к поверхности стенка нагревается, что, например, может быть использовано как эффективное и дешевое средство против обледенения крыш и ливневых стоков.

Примеры можно продолжать, но каждый день мы убеждаемся, что стоим на пороге открытия нового мира материаловедения, когда на основе графена будут разработаны сотни новых технологий.

Полунаш графен

Впервые получить и исследовать графен удалось в 2004 году в Манчестере физикам российского происхождения Андрею Гейму и Константину Новоселову, за что в 2010 году они получили Нобелевскую премию. Это пример потрясающего открытия, которое задним числом кажется очень простым. Графен был получен путем многократного отшелушивания слоев от обычного графита — материала, из которого делаются карандаши и аноды в батареях (кстати, сейчас понятно, что графеновые аноды эффективнее). Графит — обычный трехмерный кристалл, состоящий из атомов углерода, самая распространенная его модификация из шестиугольников в пространстве. Ученые получили графен практически из мусора путем отрыва от графита одного слоя шестиугольников. То, что другие годами выбрасывали, а именно использованный скотч, которым очищали графит, Гейм и Новоселов решили изучить. Оказалось, что вопреки теоретическим предсказаниям о невозможности «двухмерного кристалла» на поверхности оксида кремния стабильно «зацепились» довольно большие (порядка квадратного миллиметра) слои графена. Тогда же были изучены и его потрясающие свойства — удивительная проводимость и прочие электрические и квантовые явления в плоском материале и между слоями графена.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Ждать ухудшения — это нормально» «Ждать ухудшения — это нормально»

Как скоро произойдет обвал на глобальных фондовых рынках и что будет с Россией

Эксперт
«Четырехдневка» — реальность или мечта? Где эта система уже работает, и что говорят ученые «Четырехдневка» — реальность или мечта? Где эта система уже работает, и что говорят ученые

Чем хороша четырехдневная рабочая неделя?

Популярная механика
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
У Илона Маска — синдром Аспергера. Что это такое? У Илона Маска — синдром Аспергера. Что это такое?

Как устроены расстройства аутического спектра и как их выявить?

Reminder
Интифада без смысла и перспективы Интифада без смысла и перспективы

Кто может извлечь выгоду из новой арабо-израильской войны

Эксперт
Сергей Лукьяненко: Плоды просвещения. Глава из книги «Война и мир в отдельно взятой школе» Сергей Лукьяненко: Плоды просвещения. Глава из книги «Война и мир в отдельно взятой школе»

Отрывок из романа-буриме «Война и мир в отдельно взятой школе»

СНОБ
Евпатий Коловрат: сотворение героя Евпатий Коловрат: сотворение героя

Существовал ли Евпатий Коловрат

Дилетант
Опережая время Опережая время

Интерьер этого дома существует вне времени и не подвластен быстротечной моде

SALON-Interior
За кулисами пуска За кулисами пуска

Старт космической ракеты – зрелище без преувеличения грандиозное

Популярная механика
Что нужно знать о норме сахара в крови Что нужно знать о норме сахара в крови

Рассказываем о норме сахара и о том, как ее контролировать

РБК
Гора серебряная Гора серебряная

Как добывают благородные металлы

Популярная механика
Нарушили и не заметили: 8 неожиданных штрафов для автомобилистов Нарушили и не заметили: 8 неожиданных штрафов для автомобилистов

Водители не придают значения недочетам в автомобиле и рискуют получить штрафы

РБК
Как научиться делать крутые фотографии: 6 важных советов еще до начала съемок Как научиться делать крутые фотографии: 6 важных советов еще до начала съемок

Фотограф — это существо совершенно неземное, многорукое и многозадачное

Playboy
Был карликом, стал великаном: история загадочного пациента из Австрии Был карликом, стал великаном: история загадочного пациента из Австрии

Необычная история Адама Рейнера не знает аналогов

Cosmopolitan
Надел мамино пальто и пошел в школу: самые громкие шутинги в России Надел мамино пальто и пошел в школу: самые громкие шутинги в России

Похоже, что лучше всего безопасность в школах обеспечат удаленка и каникулы

Maxim
Смартфон и психическое здоровье: что расскажет история пользования Смартфон и психическое здоровье: что расскажет история пользования

Как смартфоны могут помочь определить проблемы с психикой

Psychologies
Вулканический пепел засыпал остров: фото NASA Вулканический пепел засыпал остров: фото NASA

«Осадки» в виде пепла погубили растительность

National Geographic
Елена Савчук: «Я шеф, который любит стоять на кухне!» Елена Савчук: «Я шеф, который любит стоять на кухне!»

Елена Савчук — шеф-повар нового поколения

Bones
Вопрос психологу: что такое метод системных расстановок и насколько он эффективен? Вопрос психологу: что такое метод системных расстановок и насколько он эффективен?

Что из себя представляет метод системных расстановок по Берту Хеллингеру

Esquire
Майндбендер, майндфак: какой получилась игра NieR Replicant от самого скрытного мистификатора из игрового мира Майндбендер, майндфак: какой получилась игра NieR Replicant от самого скрытного мистификатора из игрового мира

Перезапуск игры 2010 года от легендарного дизайнера Йоко Таро

Esquire
Песня разлуки Песня разлуки

Мы прощаемся со многими людьми… И нам приходится учиться жить с этим

Psychologies
Как аудиоформаты завоевывают рынок и зачем они нужны Как аудиоформаты завоевывают рынок и зачем они нужны

Что происходит с рынком аудиоформатов в России и за ее пределами?

СНОБ
Принц и бунтарка из народа: история любви короля Испании и его супруги Летиции Принц и бунтарка из народа: история любви короля Испании и его супруги Летиции

Не только британская королевская семья пользуется популярностью во всем мире

Cosmopolitan
Овощи и фрукты снижают стресс: исследование Овощи и фрукты снижают стресс: исследование

ВОЗ рекомендует употреблять не менее 400 граммов фруктов и овощей в день

National Geographic
Юпитер в ином свете: новые снимки рассказывают об атмосфере планеты Юпитер в ином свете: новые снимки рассказывают об атмосфере планеты

Новые изображения Юпитера раскрывают детали атмосферы планеты

National Geographic
В предгорьях Калифорнии прятался окаменелый сад древних зверей В предгорьях Калифорнии прятался окаменелый сад древних зверей

Кладезь доисторических окаменелостей

National Geographic
Ядерный эксперимент из Ярославля: как группа Cream Soda переизобрела российскую поп-музыку и попала в список Forbes Ядерный эксперимент из Ярославля: как группа Cream Soda переизобрела российскую поп-музыку и попала в список Forbes

Как Cream Soda прошла путь от андеграунда до яркого поп-коллективова России?

Forbes
Озеленяемся: лучшие растения для дома и офиса, за которыми легко ухаживать Озеленяемся: лучшие растения для дома и офиса, за которыми легко ухаживать

Самые неприхотливые и симпатичные растения, с которых можно начать домашний сад

Esquire
Эротическое драмеди: стоит ли смотреть новый российский сериал «Клиника счастья» Эротическое драмеди: стоит ли смотреть новый российский сериал «Клиника счастья»

«Клиника счастья» — эротическое драмеди с Дарьей Мороз в главной роли

Forbes
Вредно ли кататься на самокате? Вредно ли кататься на самокате?

Травмотолог-ортопед Валерия Крошкина — о рисках катания на самокате

Reminder
Открыть в приложении