Тонкий, эластичный и прочный, как сталь: сможет ли графен изменить мир?

20 лет назад ученые объявили, что создали чудодейственный материал, который изменит нашу жизнь. Они назвали его графеном.

Графен состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде гексагональных (шестиугольных) ячеек. Он является одним из самых прочных когда-либо созданных материалов и, кроме того, лучше, чем медь, проводит электричество и тепло.

Казалось, революционную технологию ждут безграничные перспективы: прогнозировали, что благодаря графену появится новое поколение ультрабыстрых процессоров и компьютеров, зарядка батарей ускорится в пять раз, а бетон станет на 35% прочнее.

Графен даже предлагали использовать в качестве меры против выбоин. Предполагалось, что надо просто добавить  его в традиционное покрытие, и с вечным проклятием современных дорог будет покончено.

Ученые Манчестерского университета Андрей Гейм и Константин Новоселов, открывшие новый материал, в 2010 году получили Нобелевскую премию по физике, а при университете был создан Национальный институт графена.

Однако ажиотаж вокруг чудо-материала значительно поутих. Графену еще предстоит совершить революцию в электронике, да и дорожные выбоины всё еще с нами.

Так что же произошло с графеновой революцией? Почему материал до сих пор не изменил наш мир?

Сэр Колис Хамфрис, профессор материаловедения Лондонского университета королевы Марии, дал простой ответ: «Графен по-прежнему остается очень многообещающим материалом. Проблема заключается в масштабировании его производства. Поэтому он не оказал влияния, которое предсказывалось».

Графен изначально получили довольно необычным способом, объяснил Хамфрис. Гейм и Новоселов создали его, наклеив липкую ленту на куски графита и отрывая слои до тех пор, пока не получили материал толщиной в один атом.

«Но так может получиться только крошечная чешуйка, шириной в несколько миллиметров, — добавил профессор. — Из таких кусочков невозможно делать электронику. Для работающих устройств нужны пластины материала толщиной не менее 15 см».

IBM, Samsung и Intel потратили в совокупности миллиарды, пытаясь масштабировать производство графена в пригодной для производства форме и необходимых количествах, однако их попытки не увенчались успехом, считает Хамфрис.

Читайте по теме:

11 невероятных материалов будущего

Виктор Петрик заявил, что изобрел графен еще в 2010 году

В результате графеновая революция была отложена, однако недавно появились обнадеживающие знаки, что на обещанных перспективах технологии рано ставить крест.

Профессор полагает, что рынок в будущем может получить вторую жизнь благодаря прорыву в создании устройств на основе графена. Хамфрис с коллегами сделали ключевое открытие, обнаружив, что технология, используемая для производства электронных компонентов на основе нитрида галлия, может также использоваться для производства графена в больших масштабах.

«Часть первого графена, полученного этим образом, мы использовали для создания датчика, который может обнаруживать магнитные поля», — сообщил Хамфрис.

С тех пор профессор со своей командой основал в Сомершеме (Кембриджшир, Англия) дочернюю компанию Paragraf. Компания одной из первых в мире стала массово выпускать устройства на основе графена. Два реактора, по форме напоминающих печи для пиццы, производят достаточно графена, чтобы делать 150 тысяч устройств в день.

Читайте по теме:

Российские ученые получили награды британской Академии наук

Британская компания создала куртку, которая может обмануть инфракрасную камеру

Paragraf использует устройства в двух целях. Во-первых, для производства сенсоров, измеряющих магнитные поля. С их помощью можно обнаруживать неисправные аккумуляторы в электросамокатах и электровелосипедах, предотвращая возгорания.

Второй сенсор может определять бактериальное или вирусное заражение, для того чтобы решить, назначать ли антибиотики в данном случае. Хамфрис считает, что биосенсоры за несколько минут могли бы диагностировать сепсис.

Хамфрис добавил, что графеновые устройства скорее всего будут потреблять меньше энергии.

«Кремниевая эра подходит к концу. Мы достигли предела количества транзисторов, которые мы можем разместить на одном чипе, тогда как энергия, которую они потребляют, удваивается каждые три года. Это означает, что если ничего не изменится и мы продолжим работать, как прежде, кремниевые устройства будут потреблять всё генерируемое на планете электричество.

Это серьезная угроза для планов свести к нулю выбросы углекислого газа. Графеновая технология, возможно, появилась позже, чем мы изначально надеялись, но у нее есть потенциал обойти эти проблемы и реально изменить современную жизнь».

Источник.

Фото на обложке: BONNINSTUDIO / Shutterstock