графен что это где используют
От умной одежды до зелёной энергетики: как использование графена изменит нашу жизнь
Невидимый и прочный
Графен состоит из плотно соединённых атомов углерода, выстроенных в решётку наподобие пчелиных сот толщиной всего в один атом. Это делает его самым тонким материалом в мире, невидимым невооружённым глазом, но при этом очень прочным и эластичным. Впервые графен выделили в 2004 году российские учёные Андрей Гейм и Константин Новосёлов, которые работали тогда в Манчестерском университете. Шесть лет спустя опыты физиков были удостоены Нобелевской премии.
С тех пор исследователи со всех уголков планеты пытались найти всё новые способы применения и, что интересно, получения графена. Ведь одним из главных факторов, мешающих наладить масштабное производство этого чудо-материала, была дороговизна «оригинального» варианта получения графена с помощью сложного процесса разложения графита. Очень быстро графен научились добывать при помощи лазера, используя в качестве сырья обычную древесину, и даже путём взрыва углеродсодержащего материала.
Пока одни учёные соревнуются, чей метод получения графена проще и дешевле, другие находят ему самое необычное применение.
Красота не требует жертв
Специалисты Северо-Западного университета (США) превратили чёрный «от природы» графен в суперстойкую краску для волос.
В ходе эксперимента американские учёные покрыли образцы человеческого волоса раствором из листов графена. Так, физикам удалось превратить светлые, платиновые волосы в угольно-чёрные. Новый цвет оставался стойким на протяжении 30 смывов.
Краска на основе графена обладает дополнительными преимуществами, утверждают американские исследователи. Каждый покрытый ею волос подобен маленькому проводу, способному проводить тепло и электричество. Это означает, что волосы, окрашенные графеновой краской, легко рассеивают статическое электричество и решают проблему электризующихся волос.
Американские учёные также полагают, что их краска абсолютно безвредна.
«Наружный слой ваших волос, или кутикула, выполняет защитную функцию и состоит из тонких клеток наподобие рыбных чешуек. Чтобы приподнять эти чешуйки и позволить молекулам краски быстро проникнуть в волосы, используются аммиак, перекись водорода или органические амины», — сообщил автор исследования Цзясин Хуан.
Из-за подобных манипуляций волосы постепенно истончаются. Проблему позволяет решить краска, которая покрывает волосы, но не проникает в их структуру. Однако такая краска очень быстро смывается. Как утверждают специалисты Северо-Западного университета, их изобретение позволяет справиться с обеими проблемами.
В индустрию моды и красоты графен начал проникать ещё в 2017 году, когда британская компания CuteCircuit представила платье с элементами из этого чудо-материала. Платье Graphene Dress со встроенными светодиодами благодаря графену меняет цвет «в такт» дыханию его обладательницы.
«Материал будущего» выполняет в платье одновременно две задачи: он является датчиком, улавливающим частоту дыхания, а также питает светодиоды, которые и меняют цвет платья. Разработчики умной одежды считают, что графен можно использовать для получения тканей, которые будут радикально менять свой цвет. Презентация Graphene Dress состоялась на родине этого материала — в Манчестере.
Тихая графеновая революция
«У графена очень много интересных физических свойств и явлений, например электронные свойства, которые позволяют использовать графен для конструирования сложных электронных наноустройств. Есть работы, в которых его используют для защиты наночастиц от окисления», — рассказал в беседе с RT старший научный сотрудник кафедры химической кинетики химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Владимир Боченков.
Кроме того, графен поможет решить одну из главных задач современности — получить недорогие, надёжные и экологически безопасные источники энергии. Так, графеновые композиты позволяют создать более эффективные солнечные панели. Учёные из Массачусетского технологического института доказали, что при помощи графена можно сделать эластичные, дешёвые и прозрачные солнечные элементы, превращающие практически любую поверхность в источник электроэнергии. Солнечные батареи из графена, по словам учёных, могут производить энергию даже в дождь.
«В графене можно делать определённые отверстия, выбивая некоторые атомы углерода, и получать регулируемые поры, которые можно использовать в качестве мембраны в батареях и топливных ячейках. Также мембраны на основе графена могут удешевить производство тяжёлой воды. Она необходима в атомной промышленности для получения относительно экологически чистой энергии. Здесь опять же уникальные свойства графена позволяют быстрее разделять субатомные частицы, делая весь процесс очень экономичным. В результате мы получаем более зелёную и дешёвую атомную энергию», — отметил Боченков.
Крупнейшие технологические компании уже приступили к созданию литийионных аккумуляторов для смартфонов с использованием графена. Инновационная технология позволяет заряжать батарею быстрее и хранить заряд дольше.
Графен можно использовать в качестве мембраны для фильтрации атомов водорода в воздухе и получить биологически чистое топливо. К такому выводу пришли первооткрыватели графена. Андрей Гейм и Константин Новосёлов выяснили, что при высоких температурах и присутствии платины в качестве ускорителя реакции графен пропускает положительно заряженные ионы водорода (протоны) и задерживает практически всё остальное. Такая технология поможет совершить прорыв в развитии зелёной энергетики.
Взяли на вооружение графен и производители военной продукции. Выяснилось, что материал обладает пуленепробиваемыми свойствами. Учёные из Нью-Йоркского университета получили очень прочные и почти невесомые бронежилеты. В ходе эксперимента физики запустили стеклянную микропулю в листы графена толщиной от десяти до 100 слоёв. Графен рассеял энергию пули, летящей на скорости 3000 м/с. Однако в точке удара материал вытянулся в форме конуса, а затем треснул. Появление трещин не позволяет пока поставить графеновые бронежилеты на службу полицейским. По оценкам специалистов, чтобы защитить своих обладателей, такие бронежилеты должны состоять из миллионов слоёв графена. А для этого требуется наладить его производство в промышленных масштабах.
Проник графен и в биологию. В 2016 году китайские учёные накормили шелкопрядов тутовыми листьями, которые были сбрызнуты препаратами, содержащими графен. В итоге экспериментаторы получили прочную и хорошо проводящую электричество графеновую шёлковую нить.
«Экспериментов с графеном проводится масса. Потенциал этого материала невероятно широк. Думаю, через несколько лет графен будет использоваться в создании и различных детекторов света, и контактных линз, и вообще чего угодно. Практическое применение этого материала может ограничиваться лишь фантазией учёных», — заключил Боченков.
Графен: вещество, которое изменит наш мир
Научное сообщество и промышленность всего мира восхищаются новым веществом, которое благодаря своим удивительным свойствам и многочисленным возможностям практического применения, вне всякого сомнения, изменит многочисленные аспекты нашей жизни; имя этому веществу — графен.
В чем же необычность графена?
Речь идет о прозрачном, очень тонком (максимально тонком), очень легком (0,77 мг / кв. м), водонепроницаемом, эластичном, гибком и одновременно удивительно прочном веществе. Графен является лучшим проводником электричества из когда-либо известных и, к тому же, в изобилии находится в природе, что делает его весьма экономичным.
Кроме того, недавние исследования Манчестерского университета подтвердили его способность «самовосстанавливаться». При повреждении кристаллической решетки графеновой пленки атомы графена притягивают к себе свободные атомы углерода, заполняя по мере необходимости образовавшиеся «дыры».
Химическая структура
Графен представляет собой углеродную пленку толщиной в один атом, кристаллическая решетка которой имеет форму сетки из шестиугольников. Получают графен из природного графита, который добывается в угольных шахтах и из которого делают, например, простые карандаши или тормоза автомобиля; хотя возможно также синтезирование этого вещества.
С точки зрения химической структуры, графен является аллотропной модификацией углерода, имеющей плоскую кристаллическую решетку, образованную шестигранниками (как пчелиные соты) из атомов углерода, соединенных посредством ковалентных связей путем наложения гибридов sp(2) связанных углеродов.
Графен был открыт в 2004 году британскими учеными российского происхождения Андреем Геймом и Константином Новоселовым, однако лишь в 2010 году, когда авторы открытия получили Нобелевскую премию по физике, началась «графеновая лихорадка».
Применение
Поразительное разнообразие свойств графена обеспечивает многочисленные возможности промышленного использования. На самом деле, возможности практически безграничны. Их список постоянно расширяется. Вот лишь некоторые примеры:
Транзистор, основанный на вертикальной графеновой гетероструктуре (Манчестерский университет).
Более того, графен представляет собой идеальную основу для создания новых материалов «под заказ» в зависимости от конкретных нужд. Эльза Прада, научный сотрудник Мадридского института материаловедения Высшего совета по научным исследованиям Испании CSIC, работавшая вместе с Новоселовым, указала, в частности, на флюорографен (двумерный аналог тефлона, имеющий исключительные смазывающие и изолирующие свойства), гексагональный нитрит бора (прозрачный кристаллический изоляционный материал, обладает высокой твердостью, в комбинации с графеном улучшает электромеханические свойства), дисульфид молибдена (еще один двумерный кристалл, обладающий многообещающими свойствами и возможностью применения в производстве транзисторов нового поколения) и силицен (соединение кремния, подобное графену; имеет некоторые подобные графену свойства, может быть легко использован в современной электронике, основанной на кремнии).
Графен в Испании и проект Евросоюза Graphene Flagship
Испанские передовые ученые занимаются исследованиями в области изучения графена. На сегодняшний день самым активным проектом в Испании является проект Европейского Союза Graphene Flagship. Компания из Сан-Себастьяна Graphenea, крупнейший производитель графена в ЕС, является одним из партнеров этого проекта вместе с такими компаниями, как Philips, Varta, Nokia, ST Microelectronics, Repsol, Alcatel-Lucent и Airbus. Наряду с этим в ближайшем будущем планируется начать строительство одной из крупнейших в мире графеновых фабрик в городе Йекла (Мурсия, Испания).
Трудности, которые предстоит преодолеть
На сегодняшний день производство графена из графита, а также получение материала заданной чистоты в зависимости от дальнейшего применения представляют собой весьма сложный процесс. Несмотря на это, решение этих трудностей — лишь вопрос времени: такие издания, как Science и Nature регулярно отзываются на сообщения о новейших технологических разработках.
Зачем нас колят? Графен и мозги
Зачем?
Давайте разбираться.
ТЕОРИЯ. ГРАФЕН И МОЗГИ.
2015-2016 годы
Графен может перевернуть наши представления не только о технике, но и о медицине, считают ученые.
В приложении к «Заметкам обозревателя» есть фрагменты интервью с Хосе Антонио Гарридо.
На протяжении нескольких лет он изучает перспективы использования графена в биосенсорике.
В настоящее время возглавляемая им группа исследователей из Германии, Франции и Швейцарии, созданная при Мюнхенском техническом университете, разрабатывает имплантаты для головного мозга на основе графена.
— Вот уже несколько лет все только восторженно и говорят о том, что графен, этот слой углерода толщиной в один атом, заменит кремний в компьютерных микросхемах. Однако обещанная революция пока не состоялась.
Хосе Гарридо:
Верно.
Была определенная эйфория, особенно среди электронщиков.
Однако нас интересует совсем другая возможность использования графена, а именно: применение его в нейропротезах и имплантатах головного мозга.
Мы занимаемся в том числе имплантатами сетчатки глаза, которые будут стимулировать клетки сетчатки в зависимости от попадающего в них света таким образом, чтобы к слепым пациентам хотя бы частично вернулось зрение.
Другой вариант применения наших протезов — это управление искусственными руками или ногами с помощью сигналов, передаваемых головным мозгом, причем снимать эти сигналы нужно будет непосредственно с коры мозга
— В нейропротезах, которые уже успели себя успешно зарекомендовать, как правило, используется кремний. Почему вы делаете ставку на графен?
Хосе Гарридо:
Материалы подобных протезов должны быть стабильны в химическом отношении. Или, выражаясь яснее: если мы внедрим эти материалы в ту или иную ткань организма, нельзя, чтобы они со временем растворились в ней.
А надо, чтобы они хорошо контактировали с этой тканью и при этом отвечали всем требованиям, которые мы обычно предъявляем к биосенсорам.
Графен идеально соответствует этим условиям; он значительно превосходит по своим характеристикам любые другие материалы, которые мы могли бы использовать вместо него.
— Толщина графеновой пленки составляет всего один атом. Насколько это важно?
Хосе Гарридо:
Как показывает опыт, у пациентов быстро возникают проблемы с жесткими имплантатами из кремния или металла потому, что они вызывают повреждения соседних тканей, или потому, что организм человека начинает их атаковать.
Кроме того, невозможно добиться, чтобы клетки организма идеально контактировали с этими имплантатами.
Наоборот, протезы из тончайших слоев графена лучше приспосабливаются к человеческому организму.
— Итак, графеновый транзистор мог бы считывать сигналы, возникающие в моторных центрах коры головного мозга. Но с имплантатом сетчатки или слуховым протезом ведь все наоборот, они должны реагировать на внешние раздражители.
Хосе Гарридо:
Мы надеемся сконструировать на основе графена интерфейс, который будет занимать минимум места и выполнять обе задачи: стимулировать клетки организма и контролировать результат.
Ведь если обратной связи не будет, значит, нам придется посылать импульсы в клетки организма буквально «вслепую».
Понятно, что эффективность протеза в таком случае окажется невысока.
Хосе Гарридо:
Графен для нас — это последнее звено в цепи.
Графеновый элемент должен находиться там, где ткань тела соприкасается с протезом, там, где нужно добиться наилучшего контакта между электроникой и организмом.
Компания DAPRA организовала мероприятие Demo Day в Пентагоне, на котором показала полностью рабочий прототип искусственной руки.
Протез имплантируется в оставшуюся конечность и управляется с помощью мозговых импульсов, сообщается на официальном сайте компании DAPRA.
Искусственная рука может выполнять все те же функции, что и настоящая, только немного медленнее.
Управление протезом происходит с помощью мозговых импульсов, передающихся в нервы и мускулы оставшейся части руки.
Как сообщают представители компании, им удалось собрать самый передовой прототип роботизированной руки в мире.
Образец работает от встроенного аккумулятора.
Его можно заменить в любой момент.
За считывание сигналов мозга отвечает «умный» браслет MYO.
Изначально он создавался для игр и управления мобильными устройствами.
Но исследователи DAPRA нашли ему применение в протезе.
ТАК ЗАЧЕМ НАС КОЛЯТ?
Возможно, что одной из главных целей тотального иглоукалывания является введение в нас именно графена.
С тем, чтобы он распространился по телу с кровотоком, стал нашей частью, встроился в нас, и попал в наши мозги.
Но зачем?
Целей много, приведем только один пример.
Представьте себе: у вас голове, вдруг, зазвучал голос, обратился к вам, начал беседовать с вами.
В религии это называют «бесовское нашествие», речь идет о реальном контакте с духами (ангелами), они известны давным-давно.
Что делать?
Да все давно известно!
Бог терпел и нам велел!
Нам, христианам, только бы ночь простоять и день продержаться!
И придет на помощь Господь наш Иисус Христос с силою и славою многою.
И сгорят вся дела злые на планете этой.
И восплачутся все племена земные!
Ибо устыдятся дел своих.
Терпеть нужно, конечно же, не сидя, сложив «смиренно» руки.
Нам нужно быть бодрее глобалистов!
Нужно уклоняться от их «благодеяний» и устранять последствия их «благотворных» воздействий с помощью регулярной детоксикации (см. мои статьи).
Ирландский ученый Джонатан Коулман, предложил весной этого года очень неожиданный и до смешного простой способ получения графена в больших количествах с помощью обычного бытового прибора — миксера.
Для производства «ирландского графена» нужны порошковый графит, вода и немного растворителя (или даже средства для мытья посуды).
Пропорции таковы (раскрываем нашу «Поваренную книгу графениста»): на пол-литра воды берем от 20 до 50 граммов порошкового графита и добавляем от 10 до 25 миллилитров моющего средства.
Включим миксер на 10-30 минут.
За это время зерна графита распадаются на отдельные слои графена (в мыльной, вспененной жидкости этот процесс протекает быстрее).
В результате мы получаем суспензию (взвесь) из тончайших графеновых хлопьев. Теперь их можно наносить на подложку, словно лак, или добавлять в пластмассу в качестве присадки, упрочняющей материал.
Эксперименты подтвердили, что «графен из миксера» идеально подходит, например, для производства сенсоров.
Получать его можно тоннами, подчеркивает Коулман.
Графен с неба, в воде и в вакцинах. Зачем?
2015-2017 годы. ПАУКИ И ГРАФЕН
Группа итальянских исследователей обнаружила, что при нанесении на некоторых пауков водной взвеси графена и углеродных нанотрубок (УНТ) некоторые животные способны включать их в состав своей паутины, что делает ее более прочной.
Можно также и поить их взвесью графена в воде.
Как оказалось, графен не нарушает жизнедеятельность некоторых из насекомых.
То есть не убивает, по крайней мере сразу.
Так, по ударной вязкости, доходящей до 520 Мдж/м2, их паутина десятикратно превосходит кевлар (защита от ножа и пули), что позволяет паукам Дарвина плести нити до 25 метров длиной и даже перекидывать «мосты» из такой паутины через небольшие реки.
Графен может стать частью живого организма, встроиться в него и изменить его свойства.
2016 год. ГРАФЕН И ШЕЛКОПРЯД
Учёные с химического факультета и центра нано- и микромеханики Университета Цинхуа (Пекин) предложили новый способ обогащения шёлкового волокна с помощью углеродных нанотрубок и графена.
Китайские учёные предположили, что для пищеварительной системы шелкопрядов и внедрения в структуру фиброина гораздо более приемлемыми окажутся одностенчатые углеродные нанотрубки диаметром около 1-2 нм.
Кроме одностенчатых нанотрубок, учёные решили скормить шелкопрядам ещё и графен, тоже потенциальный упрочнитель.
Чтобы скормить материалы животным, учёные применили простой метод: они распылили взвесь с одностенчатыми нанотрубками и графеном на листья шелковицы, которыми питаются шелкопряды — а потом собрали продукт из кокона.
Опыт завершился успехом.
Диета шелкопрядов с добавками одностенчатых нанотрубок и графена привела к получению шёлковой нити с улучшенными свойствами.
Нить получена естественным натуральным путём из кокона, как и обычная шёлковая нить.
Учёные изучили спектры комбинационного рассеяния шёлкового волокна и экскрементов шелкопрядов — и подтвердили в обоих случаях внедрение углеродных нанотрубок в шёлковое волокно.
Они также проверили, насколько изменились свойства волокна после внедрения углеродных нанотрубок.
Неудивительно, что после добавления графена и углеродных нанотрубок шёлковая нить стала проводником электричества.
У лучшего образца шёлка с частицами графена электрическая проводимость составила довольно высокие 120 сименс на сантиметр.
Такой шёлк можно использовать в электронике.
Удобно запитывать носимые гаджеты, вшитые прямо в шёлковую одежду.
Собственно, и светящуюся ткань сделать достаточно просто.
Научная статья опубликована 13 сентября 2016 года в журнале Nano Letters (doi: 10.1021/acs.nanolett.6b03597).
Графен может стать частью живого организма, встроиться в него и изменить его свойства.
2020 год. ЛЮДИ И ГРАФЕН
Смотрим сайт «GRAFENE FLAGSHIP».
Он рассказывает о проекте Евросоюза с бюджетом в 1 млрд. евро.
Речь идет о производстве и использовании графена.
Биолог по имени Рикардо Дельгадо и врач Хосе Луис Севильяно, ведущие онлайн-программы под названием «La Quinta Columna», выдвинули версию, по которой руки некоторых людей становятся магнитными именно в том месте, где им сделали прививку.
В этих местах прилипают не только магниты, но и ножницы, металлические детали, инструменты, даже мобильные телефоны!
Это явление не является исключительным для руки.
В течение нескольких дней оно перемещается в сторону груди, шеи или верхней части позвоночника.
Причина?
La Quinta Columna, команда испанских исследователей, обнаружила, что некоторые вакцины содержат оксид графена.
Рикардо Дельгадо:
«Они вводят оксид графена в качестве адъюванта в вакцины против COVID-19.
Он имеет полосу поглощения для частот 5G, что также может служить причиной магнитного явления.
Нановещества внедряются в ампулы с вакциной.
Не только от COVID-19, но и от вакцины против гриппа.
Существует множество свидетельств «магнитного» явления во всем мире.
Они связаны не только с явлением прилипания магнитов и металлических предметов к месту уколов.
Есть еще явления электромагнитной индукции, генерирующей переменные электромагнитные поля внутри тела если использовать измерительные приборы, такие как гауссметр или мультиметр, которые тоже генерируют переменные электрические поля в милливольтном масштабе, но очень необычные, порядка 180 мВ до 200-350 мВ у некоторых людей, особенно в области лба.
Графен может стать частью организма людей и изменить его свойства, например, сделать более электропроводным и способным принимать сотовое излучение, поскольку при попадании внутрь нас он встраивается в нас на некоторое время (например, полгода) и превращается в антенну.
ЗАЧЕМ?
ПОЧЕМУ ИМЕННО ОКСИД ГРАФЕНА?
Вот версия.
Исследователи из компании Graphene Flagship, партнеры SISSA в Италии, ICN2 в Испании и Манчестерского университета в Великобритании, в сотрудничестве с Медицинской школой Рибейран-Прету Университета Сан-Паулу, в модельном исследовании обнаружили, что оксид графена подавляет поведение, связанное с тревогой.
Они обнаружили, что введение оксида графена в определенную область мозга заставляет замолчать нейроны, ответственные за тревожное поведение.
Ученые использовали обычную модель поведения животных, которую описывают следующим образом.
В известном классическом мультфильме «Том и Джерри», Джерри живет в дыре в стене небольшой комнаты, где чувствует себя защищенным и в безопасности.
Обычно мышь исследует комнату свободно и без забот.
Но когда мышь нюхает кошку, она убегает обратно в нору, поскольку знает, что только там безопасно.
Это очень сильное защитное поведение и основа для реакции «бей или беги», которая свойственна большинству животных.
Мышь надолго запоминает такое свое поведение и при малейшем шорохе убегает обратно в нору даже по прошествии недель встречи с кошкой, даже после того, как малейших запах кошки исчез.
Однако, применив точечное введение оксида графена исследователи получили удивительные результаты. «Через два дня после инъекции оксида графена в определенную область мозга мыши она вела себя как другие мыши, которые никогда не ощущали запах кошки в своей домашней среде.
Другими словами, оксид графена подавлял тревожное поведение мышей», – объясняет Лаура Баллерини, ведущий автор статьи и профессор физиологии из компании Graphene Flagship
«Оксид графена взаимодействует с частью мозга, ответственной за формирование воспоминаний, связанных со страхом, которые вызывают беспокойство. Он не действует как лекарство, подавляя функцию каких-то выборочных рецепторов рецепторов, как действуют все другие лекарства.
Вместо этого графен временно останавливает весь механизм формирования воспоминаний на достаточно долгое время, чтобы разрушить связанную со страхом патологию мозга, не повреждая клеток», – продолжает Баллерини.
Таким образом, экспериментально показано, что графен имеет тропизм к нервной ткани и хорошо там накапливается.
А после того как его концентрация в нейросети становится достаточной – он начинает блокировать механизм формирования памяти, переписывая её настолько, что мышь потом никак не реагирует на кота.
БЛАГИЕ НАМЕРЕНИЯ ВЛАСТЕЙ
Путей введения в нас графена немало.
Это и распыление с самолетов, и добавление в воду.
И вакцины (главный способ введения), и многое, многое другое.
Чему нужно учиться теперь?
Нужно учиться лечиться, чтобы выжить самому и помочь близким.
Все это работает, причем здорово!
Особенно с молитвой Тому, Кто создал лечебные растения и минералы!
(читайте мои статьи, там все есть).