Пять технологических прорывов: как графен изменит нашу жизнь

Reuters
Facebook
ВКонтакте
share_fav

Графен недаром называют «суперматериалом». Попробуйте представить прозрачную пленку, которая в 60 тысяч раз тоньше пищевой, но при этом в 200 раз прочнее стали и остается удивительно гибкой! Графен обладает высокой электропроводностью, остается прозрачным, даже уложенный во множество слоев, и может быть синтезирован из любых источников углерода - от карандашных грифелей до самого обыкновенного песочного печенья.

С момента своего открытия он вызвал огромный научный интерес и настоящую «золотую лихорадку патентов», в которой отметились такие компании, как Apple, IBM, Lockheed Martin и множество других по всей планете. Лидером по числу зарегистрированных заявок стал Китай (2200). На втором месте США (1700), на третьем Южная Корея (чуть менее 1200).

Что особенно приятно, графен неизменно ассоциируется с именами двух выходцев из России Андрея Гейма и Константина Новоселова, получивших в 2010 году Нобелевскую премию по физике за основополагающие эксперименты с этим уникальным материалом.

Исследования в самом разгаре, и графену предстоит еще долгий путь, чтобы полноценно выйти на рынок технологий. Но он обладает таким набором идеальных характеристик, что рано или поздно вытеснит многие нынешние материалы. Ему пророчат тысячи способов применения, но, как считает Business Insider, достаточно и пяти, чтобы от перспектив захватило дух.

1. Батареи

Современные мобильные устройства имеют свойство быстро разряжаться, и это одна из главных причин недовольства пользователей. На помощь спешит графен: в 2011 году инженеры Северо-Западного университета (США, штат Иллинойс) обнаружили, что графеновые аноды эффективнее графитовых, да и заряжаются раз в 10 быстрее. С тех пор ученые усиленно экспериментируют с графеновыми составами, чтобы получить идеальное соотношение свойств, качества, мощности и цены.

В мае 2014 года исследователи в университете Райса (штат Техас) выяснили, что на основе оксида ванадия, покрытого слоем графена (относительно недорогое решение), можно создать батареи, способные заряжаться всего за 20 секунд, сохраняя при этом более 90% своей емкости даже после тысячи циклов.

2. Компьютерные схемы

В 2013 году ученые из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета по примеру структур ДНК смоделировали наноструктуры с использованием графена, которые можно встраивать в электронные схемы. Правда, прежде чем заменить кремний в нынешних компьютерных микросхемах, нужно еще серьезно усовершенствовать процесс.

3. Смартфоны

Не исключено, что графен будет основным материалом при создании смартфонов будущего. Только представьте себе смартфон, который можно скручивать и гнуть, как вам заблагорассудится, и которому ничего не сделается, даже если сбросить его с крыши высотного дома!

4. Солнечные элементы

Графен поможет человечеству получить такой доступ к энергии, которого оно не знало прежде. Одно дело - батареи для телефонов и «умных часов», но еще больше возможностей открывается в области восполняемой природной энергии.

Сейчас в производстве солнечных ячеек используется платина - один из самых дорогих металлов (1500 долларов за унцию). Но специалисты Мичиганского технологического университета нашли способ заменить платину недорогим трехмерным графеном. Причем, благодаря его свойствам - превосходной электропроводимости и высокой каталитической активности, солнечные батареи не потеряют в эффективности.

5. Внедрение в живую ткань

В 2012 году журнал Nature предсказал, что графен можно будет использовать для создания бионических имплантатов. А позже в Манчестерском университете восторженно заявили, что графен умеет буквально «говорить с клетками» - то есть, взаимодействовать с биологическими системами. В конечном счете это поднимет Интернет вещей к новым высотам.

Когда ждать «графенового будущего»?

В целом, перспективы применения графена практически безграничны: бытовые приборы, антенны, системы опреснения воды, окна, краска, крылья самолетов, теннисные ракетки, устройства секвенирования ДНК, шины, чернила и многое многое другое.

Вместе с тем потребуются годы или даже десятилетия, чтобы промышленность перешла на графен. Сейчас она основана на кремнии, и главный критерий здесь - цена, которую вы готовы платить, объясняют ученые. Такие компании, как Intel, пустили миллиарды долларов на оборудование, оптимизированное под кремний, и без убедительных доказательств, едва ли не главный из которых - коммерческая выгода, они не будет готовы с ним расстаться.