Графен

Графен, Двовимірний кристал , що складається з атомів вуглецю , що утворюють гексагональну кристалічну решітку . Графен можна розглядати як шар графіту товщиною в один атом. матеріалу суттєво відрізняються від властивостей графіту (властивості двошарового графену відрізняються як від властивостей одношарового графену, так і від властивостей графіту).

Хімічна похідна оксиду графену описана в 1859 р. англійським хіміком Б. Броди. . Уоллесом у 1947 р. та пізніше використано при описі електронних зон вуглецевих нанотрубок (згорнутих аркушів графену). вивчення графена, що виявив ряд унікальних властивостей, для вивчення яких у 2015 р. за університету Манчестера було створено Національний інститут графена.

Графен є напівметал, в якому валентна зона і зона провідності не перекриваються між собою.Поведінка електронів у графені описується рівнянням Дірака. Особливий інтерес представляє те що, що електрони в графені підпорядковуються лінійному закону дисперсії . Це забезпечує високу рухливість електронів та дірок і робить графен цінним матеріалом для високочастотної електроніки. Графен – виключно тугоплавкий матеріал (залишається твердим при 3000 ºС) з високою електропровідністю, що дозволяє пропускати через нього електричні струми великої густини. Графен гнучкий і відносно прозорий (моношар графена затримує лише 2,3% падаючого на нього світла), отже він може бути використаний для створення прозорих провідних покриттів (наприклад, рідкокристалічних екранів або сонячних батарей). Графен має рекордну поздовжню пружність (модуль Юнга близько 1 ТПа), порівнянну з пружністю алмазу, що дає можливість використання графену для армування композитних матеріалів (а також для підвищення їх електро-і теплопровідності).

Метод мікромеханічного відшарування дозволяє одержувати невеликі кристали графену дуже високої якості; застосовується у лабораторіях. Розроблено також способи отримання графену у промислових масштабах. Це хімічне або електрохімічне розшарування графіту (що створює суспензії кристалів графену в деяких рідинах), хімічне відновлення оксиду графену, хімічне осадження з газової фази на поверхню металу (дозволяє отримувати великі площі графену полікристалічного), епітаксійне зростання на поверхні карбіду кремнію та ін.

Опубліковано 4 грудня 2023 р. о 10:40 (GMT+3). Останнє оновлення 4 грудня 2023 р. о 10:40 (GMT+3). Зв'язатися з редакцією

Чим відрізняється графен від графіту

Якщо заглянути у світ наноматеріалів, не можна не звернути увагу на цікаві властивості, властиві графіні та графіті. І хоча ці дві форми вуглецю мають співзвучні назви, їхня природа відрізняється докорінно.

Уявіть структуру тонкої плівки, що складається з одного шару атомів вуглецю, розташованих у шестикутній решітці. Саме так виглядає графен. Цей матеріал, що має фантастичні характеристики, такі як прозорість, провідність і міцність, викликає захоплення в науковому світі.

З іншого боку, графіт відрізняється від графена своєю структурою та властивостями. Тут вуглецеві атоми утворюють шари матеріалу, які слабко пов'язані між собою, що дає графіту м'якість та незвичайну жирову текстуру. Звичайно ж, графіт не має такої унікальної міцності, як графен, зате він непогано проводить електрони і може використовуватися, наприклад, як графітові стрижні для олівців.

Графен і графіт: загальні риси та відмінності

Загальні риси

Обидва графен і графіт є формами вуглецю і мають низку загальних рис. Вони обидва складаються з атомів вуглецю, пов'язаних між собою ковалентними зв'язками. Також обидва матеріали мають високу електропровідність і теплопровідність, що робить їх потенційно корисними в багатьох областях, включаючи електроніку та енергетику.

Відмінності

Головна різниця між графеном і графітом полягає в їх структурі та властивостях. Графен є одноатомним шаром вуглецю, що утворює гексагональну решітку. Він є найтоншим і найміцнішим матеріалом, відомим сьогодні, і має унікальні електронні властивості.

Графіт, своєю чергою, є багаторазові шари графена, розташовані один з одного.Він має м'яку текстуру і може розшаровуватися на окремі шари, що робить його корисним у промисловості та виробництві. Відмінною особливістю графіту є його здатність проводити електрику тільки в площині шарів, що робить його гарним матеріалом для олівців та електродів.

Структура атомних ґрат: одномірність проти двомірності

З одного боку, графен, що є одноатомним шаром вуглецю, має двовимірну структуру. При цьому кожен атом вуглецю в графені зміщений з трьома іншими атомами і утворює кільце шестикутне. Таким чином, графен є двовимірною сіткою атомів вуглецю, що утворюють гексагональні осередки.

З іншого боку, графіт – це тривимірний матеріал, що складається із шарів графену. На відміну від графену, кожен шар графіту містить атоми вуглецю, розташовані в шестикутних кільцях, а також атоми вуглецю, розташовані в кільцях пентагональних. Такі шари графену у графіті утворюють багатошарову структуру, де ці шари пов'язані слабкими взаємодіями.

Порівнюючи графен і графіт, можна сказати, що графен має одновимірну структуру, що складається з атомів, пов'язаних у двомірну решітку, у той час як графіт утворює тривимірну структуру, що складається з шарів, розташованих один над одним.

Властивості графену: механічна міцність та провідність

У цьому розділі розглянемо основні властивості графену, що є одним із найдивовижніших матеріалів нашого часу. Він має неймовірну міцність і відрізняється високою провідністю.

Почнемо з розгляду механічної міцності графену. Цей матеріал є настільки міцним, що його товщина всього один атом, і при цьому він здатний витримувати величезну напругу.Більш того, графен має еластичність, що дозволяє йому зберігати свою форму навіть при деформації. Це відкриває величезні перспективи для його застосування в різних сферах, починаючи від електроніки і закінчуючи будівництвом міцних конструкцій.

Про ще одну унікальну особливість графена — його високу провідність. Графен має ідеальну електропровідність, що означає, що електричний струм вільно проходить через нього без будь-яких втрат. Завдяки цьому матеріал може бути використаний у розробці ефективних електронних компонентів, включаючи напівпровідникові елементи та транзистори. Також провідність графена зацікавила вчених у галузі енергетики, оскільки він може використовуватися у різних системах електрохімічних пристроїв, включаючи суперконденсатори та сонячні батареї.

На завершення, слід зазначити, що графен - це матеріал з унікальною комбінацією механічної міцності та провідності, що надає широкий діапазон можливостей для застосування в різних галузях науки і техніки. Його перспективи багатообіцяючі, і дослідження в цій галузі продовжуються, з метою відкриття нових властивостей та розробки нових застосувань графену.

Властивості графіту: шаруватість та провідність

Шаруватість графіту

Шарувата будова графіту дозволяє йому мати м'якість і гнучкість. Всередині кожного шару атоми графіту з'єднані ковалентними зв'язками, які дуже міцні. Однак між шарами існують слабкі сили тяжіння, завдяки чому шари легко зміщуються відносно один одного. Це робить графіт м'яким і дозволяє використовувати його як графітовий олівець, де шари зміщуються при листі.

Завдяки шаруватій будові, графіт також має високу провідність для електрики. Всередині шару атоми графіту утворюють спеціальну структуру, яка дозволяє електронам вільно пересуватися шарами. Це робить графіт чудовим провідником електрики. Такі властивості дозволяють використовувати графіт в електроді акумулятора, а також різних промислових додатках, де потрібна висока електропровідність.

Шаруватість і провідність - дві важливі властивості графіту, які визначають його унікальність та широкий спектр застосування. Шарувата будова забезпечує графіту м'якість та гнучкість, а також робить його відмінним провідником електрики. Ці характеристики роблять графіт незамінним матеріалом у різних галузях науки та промисловості.

Процес отримання графену та графіту

У цьому розділі розглянемо процеси, що призводять до утворення графену та графіту. Тут буде описано процес перетворення вуглецевих сполук на ці дві різні форми, їх основні особливості та способи їх отримання.

Виробництво графену

Графен, двомірний матеріал, що складається з вуглецю, має унікальні властивості та широкі перспективи застосування в різних галузях. Однак, отримання графену є складним та трудомістким процесом.

Для створення графену можуть використовуватись різні методи, такі як механічне лущення, хімічне осадження, епітаксійне зростання та інші. Кожен з них має свої переваги та недоліки, а також потребує певного обладнання та умов.

Одним із найпоширеніших методів отримання графену є механічне лущення, або метод «пелюсткової пасти».У цьому методі шари графіту відокремлюються один від одного шляхом нанесення на поверхню графітового кристала деякої речовини та подальшого механічного впливу.

Виробництво графіту

На відміну від графена, графіт - це тривимірний матеріал, що складається з шарів графену. Графіт є однією з найпоширеніших форм вуглецю і широко використовується у промисловості.

Основний метод отримання графіту – це термічна обробка за певних температур і тисків. У ході цього процесу відбувається перетворення вуглецевих сполук шари графену, які потім з'єднуються в межах кожного шару і утворюють характерну структуру графіту.

Також існують інші методи отримання графіту, включаючи хімічні способи та процеси, пов'язані з використанням електролізу та осадження з газової фази.

Методи отримання графену

Метод хімічного осадження на металеву підкладку

Один із способів отримання графену – метод хімічного осадження на металеву підкладку. У цьому методі графен синтезується шляхом нагрівання вуглецевої речовини з металами, такими як мідь або нікель. При нагріванні відбувається осадження атомів вуглецю лежить на поверхні металу, формуючи шар графену.

Метод механічного поділу

Ще одним способом отримання графену є метод механічного поділу. У цьому вся методі застосовується механічна сила для поділу шарів графіту деякі шари графена. Процес поділу здійснюється з використанням спеціальних інструментів, які застосовуються для розшаровування графітової структури на шари завтовшки один атом вуглецю.

Таким чином, існує кілька методів отримання графену, кожен з яких має свої особливості та переваги.Вони дозволяють синтезувати графен з різною структурою та якістю, що відкриває нові можливості для його застосування у різних галузях науки та технологій.

Методи отримання графіту

Перший спосіб, який ми розглянемо, це спосіб механічного поділу. Цей метод ґрунтується на використанні механічної сили для руйнування структури вуглецевих матеріалів. Внаслідок застосування сили відбувається поділ на тонкі шари, які й утворюють графіт. Даний метод дозволяє отримати графіт з певною структурою та властивостями.

Другий метод, званий методом хімічного поділу, ґрунтується на використанні хімічних реакцій для поділу та очищення вуглецевих матеріалів. Даний метод дозволяє отримати графіт з високим ступенем чистоти та певними властивостями. Однак, потрібний контроль процесу та використання спеціальних реагентів для досягнення бажаного результату.

Третій метод, який ми розглянемо, – це метод термічного розкладання. Він заснований на нагріванні вуглецевих матеріалів до високих температур, що призводить до випаровування домішок та утворення графіту. Даний метод дозволяє отримати графіт з певною кристалічною структурою та властивостями.

Четвертий метод, званий методом хіміко-термічного розкладання, є комбінацією хімічного і термічного процесів. В результаті поєднання цих двох методів виходить графіт з певними властивостями та кристалічною структурою.

Застосування графену та графіту в технологіях

Застосування в електроніці

Одним з найперспективніших напрямків застосування графену і графіту є електроніка.

Наприклад, графен може використовуватися в якості транзисторів на основі насичення, що дозволяє створювати пристрої з високою швидкістю роботи та низьким енергоспоживанням.

Застосування у матеріалознавстві

Графен і графіт також активно застосовуються у матеріалознавстві Завдяки своїй високій міцності та легкості, графен може використовуватись для створення ультралегких та міцних матеріалів, що має велике значення в авіаційній та автомобільній промисловості.

Графіт, у свою чергу, може бути використаний як мастильна речовина, завдяки своєму низькому ступеню тертя.

• Застосування в електроніці
  • Транзистори на основі графену
  • Електроди в акумуляторах та батареях
  • Створення ультралегких та міцних матеріалів
  • Використання як мастила
  • Виробництво ливарних форм та матриць

  Використання графена в електроніці та енергетиці

  Застосування графену в електроніці

  Графен має високу електропровідність і прозорість, що робить його ідеальним матеріалом для створення електронних пристроїв. Він може використовуватися як прозорі електроди, транзистори, сенсори та інші елементи електроніки. Завдяки своїй легкості та гнучкості, графен може бути інтегрований у різні пристрої, включаючи гнучкі дисплеї та електроніку пристроїв, що носяться, надаючи їм нові функціональні можливості.

  Застосування графену в енергетиці

  Графен має високу теплопровідність та енергетичну ефективність, що робить його перспективним матеріалом для використання в енергетичних системах. Він може застосовуватися в суперконденсаторах, забезпечуючи високу щільність енергії та швидку зарядку, що робить його потенційною заміною батарей джерел живлення. Крім того, графен може застосовуватися в сонячних батареях, покращуючи ефективність перетворення сонячної енергії на електрику.

  Застосування графіту в металургії та літій-іонних батареях

  Графіт, унікальний матеріал з дивовижними властивостями, знаходить широке застосування у різних галузях, включаючи металургію та виробництво літій-іонних батарей. Цей матеріал має високу електропровідність, низький опір і хімічну стійкість, що робить його ідеальним кандидатом для використання в цих галузях.

  Застосування графіту у металургії

  У металургії графіт відіграє важливу роль у процесах виробництва сталі та чавуну. Він використовується для створення спеціальних форм та інжекційних легувань, які не тільки підвищують якість та міцність одержуваних металевих виробів, а й скорочують час виробництва та знижують витрати.Завдяки високій термічній стабільності, графіт також застосовується у високотемпературних печах та кріогенних установках.

  Застосування графіту в літій-іонних батареях

  Літій-іонні батареї є основним джерелом енергії для багатьох пристроїв, починаючи від мобільних телефонів та ноутбуків і закінчуючи електромобілями. Графіт використовується в цих батареях як анод, забезпечуючи електродну стабільність та ефективність. Завдяки своїй високій здатності до поглинання та збереженню літію, графіт збільшує ємність та тривалість роботи літій-іонних батарей, роблячи їх більш енергоефективними та зручними у використанні.

  Питання-відповідь:

  Питання

  Чим відрізняється графен від графіту?

  Відповідь: Графен і графіт - це дві різні форми алотропних модифікацій вуглецю. Основна відмінність між графеном та графітом полягає в їх структурі та властивостях. Графен є одноатомним шаром вуглецю, а графіт - це тривимірна структура, що складається з безлічі шарів графену, розташованих один на одному. Графен має високу міцність, електричну та теплопровідність, а також має унікальні оптичні властивості. У той же час, графіт є слабопровідним матеріалом і має нижчу механічну міцність порівняно з графеном.

  Яка різниця між графеном та графітом?

  Відповідь: Основна різниця між графеном та графітом полягає у структурі та властивостях цих матеріалів. Графен являє собою плоский, одноатомний шар вуглецю, в той час як графіт є тривимірною структурою, що складається з безлічі шарів графену, розташованих один на іншому. Графен має високу міцність, електричну та теплопровідність, а також має унікальні оптичні властивості.Графіт, у свою чергу, є слабопровідним матеріалом і має більш низьку механічну міцність порівняно з графеном.

  Які властивості відрізняють графен від графіту?

  Відповідь: Графен і графіт мають різні властивості. Графен - це одноатомний шар вуглецю, який має високу міцність, електричну і теплопровідність, а також має унікальні оптичні властивості. Графіт, що складається з безлічі шарів графену, є слабопровідним матеріалом і має нижчу механічну міцність порівняно з графеном. Також графіт використовується як мастильний матеріал, у той час як графен знаходить застосування у сферах електроніки, оптики, біомедичні та інших галузях.

  У чому основна відмінність між графеном та графітом?

  Основна відмінність полягає у структурі та властивостях цих речовин. Графен - це одношарова структура вуглецю, що являє собою двомірну плоску сітку атомів, влаштовану шестикутники. Графіт є гексагональні шари, розташовані один над іншим, як сторінки книги.

  Які властивості роблять графен та графіт різними один від одного?

  Графен і графіт мають різні властивості через їх структурні відмінності. Графен є двовимірним матеріалом і має унікальні властивості, такі як висока міцність, гнучкість, чудова теплопровідність і електропровідність. Графіт, у свою чергу, має шарувату структуру, що робить його легким, м'яким і гарним провідником електрики.

  Унікальна речовина та її застосування

  Індустріалізація графена є однією з найбільш затребуваних тематик у галузі наноматеріалів

  У 2010 році за новаторські експерименти з дослідження двовимірного матеріалу - графена - були удостоєні Нобелівської премії Костянтин Новосьолов та Андрій Гейм.Графен - це двовимірна структура, в якій атоми вуглецю збудовані у вершини правильних шестикутників. Графен є складовою одиницею графіту і використовується як теоретична модель для опису інших алотропних форм вуглецю, таких як фулерени та нанотрубки. Хоча перші лабораторні експериментальні зразки графену були отримані відносно недавно, існує вже чимало досліджень із застосування графену в різних галузях. "Ъ-Наука" розповідає про деякі з них.

  Фото: Надано "Графенокс"

  Фото: Надано "Графенокс"

  Графен має унікальні електронні та оптичні властивості, пов'язані з його зонною структурою. У першій зоні Бріллюена графена існують особливі точки К і К, поблизу яких енергія електронів лінійно залежить від хвильового вектора. Таким чином, графен — напівпровідник із нульовою забороненою зоною, а рух електронів у ньому описується не рівнянням Шредінгера, як у об'ємних напівпровідниках, а рівнянням Діраку для безмасових квазічастинок. Внаслідок цього у графені спостерігається напівцілий квантовий ефект Холла та надвисока рухливість електронів. Графен має також визначні оптичні характеристики. Наприклад, величина оптичного поглинання світла у ньому становить 2,3% від інтенсивності падаючого випромінювання і залежить від довжини хвилі.

  В останні два роки здійснено прорив у розумінні властивостей невпорядкованого графену. Наприклад, у 2018 році було зроблено фундаментальне відкриття – надпровідність у скрученому графені. Американські фізики запропонували модель, яка якісно пояснює явище надпровідності.

  Інтерв'ю Нобелівського лауреата Костянтина Новосьолова

  Олексій Арсенін, заступник директора центру фотоніки та двовимірних матеріалів МФТІ, звернув нашу увагу на роботи з гібридними структурами, які поєднують два і більше двовимірних матеріалів, у тому числі шари двовимірних матеріалів, повернених один до одного. Якщо ми зробимо порожнину в матеріалі завтовшки один шар, то це ще один об'єкт для досліджень — 2D nothing. У 2019 році в Чорноголівці захищено докторську дисертацію з графена Павла Островського з Інституту теоретичної фізики ім. Л. Д. Ландау. Їм, зокрема, побудовано повну симетрійну класифікацію можливих типів домішок у графені. Професор Олег Язєв з EPFL (Федеральна політехнічна школа Лозанни, Швейцарія) так охарактеризував нам роботу Островського: «Дисертація об'єднує серію теоретичних робіт, спрямованих на розуміння електронної провідності у графені з урахуванням двовимірності та унікальної електронної структури, властивостей, які роблять його настільки не схожим. метали та провідники. Особливу увагу приділено електронній провідності у присутності домішок».

  Застосування графену

  Нобелівський лауреат Костянтин Новосьолов (Манчестер) в ексклюзивному інтерв'ю для «Науки» розповів, що йому важко оцінити світове виробництво графену в тоннах або грошах. Що стосується найбільших споживачів графена, то він відзначив такі (далеко не всі!):

  • Huawei використовує графени для терморегуляції смартфонів;
  • BYD (Китай) застосовує графен в акумуляторних батареях;
  • Samsung планує (або вже використовує) графен у кремнієвих чіпах для контролю контактного опору;
  • в автомобілебудуванні ряд компаній, наприклад, Ford Motor, застосовують полімерні композити з графеновим наповнювачем;
  • канадська Ora Graphene Audio Inc. Виготовляє композиційний матеріал для бездротових акустичних навушників GRAPHENEQ TM.

  Графен у Росії

  У Росії її власна графенова промисловість поки що складається.

  Причетні великі корпорації, наприклад "Росатом", "Ростех", "Роснефть", "Газпром", поки не афішують тему графенових матеріалів, випробовуючи готові продукти, наприклад ущільнювачі від АТ "НП "Уніхімтех"" (Подільськ) на основі графеносодержащих мультишарових структур , графенові мастила від ТОВ «ВКФ Альянс» (Санкт-Петербург), корозійностійкі покриття від ТОВ «Глобал АКЗ».

  Інтерв'ю професора, доктора хімічних наук Дарії Андрєєвої

  «Наразі одне з найбільш затребуваних застосувань графену – це тепловідведення в електронних пристроях. У нашій лабораторії зараз є проект, спрямований на вирішення цього завдання. Ми розробляємо теплопровідну пасту для мікроелектроніки на основі наших графенових нанопластин», - розповів генеральний директор ТОВ «Русграфен» (Протвіно) Максим Рибін. Крім того, у ТОВ «Русграфен» спільно з ТОВ «ГрафенОкс» (Чорноголівка) навчилися робити різні види графенових фарб та чорнила для гнучкої електроніки. "Ми можемо наносити тонким шаром чорнила як активний елемент сенсора і електропровідні фарби як електроди", - пояснив Максим Рибін.

  За словами генерального директора ТОВ "Актив-нано" (Санкт-Петербург) Галини Черник, компанія розробила тонкорозщеплений графіт (few-layer graphene, малошаровий графен). Продукт виготовляють за допомогою механічних методів, без хімічних реагентів та високих температур. Окислення вуглецевого матеріалу немає. Питома площа поверхні малошарового графену становить 250-500 кв.м/г, що відповідає середній товщині п'ять-десять шарів атомів вуглецю. Питома електропровідність матеріалу досягає 100-200 сименс на сантиметр, що у кілька разів вище, ніж у електропровідних саж. Порошок малошарового графена можна застосовувати в електропровідних і теплопровідних матеріалах і як тверде мастило в порошковій металургії.

  Позиція уряду РФ

  У 2019 році сформовано групу проектів Graphene Technology Group, співзасновниками якої є Максим Гудков Максим та Максим Рабчинський. До групи входять проекти Graphene Technology, GraphSensors та GraphApta (ТОВ «Граф-СК», ТОВ «ГрафСенсорс»). Група розробила дешевий і масштабований метод синтезу оксиду графену, який дозволяє отримати оксид графену високої чистоти (частка домішок не перевищує 0,1 ат.%) з необхідними розмірами моношарових частинок від 500 нм до 100 мкм. Також розроблено масштабовані методи отримання набору функціоналізованих графенів з контрольованим складом функціональних груп. За словами керівника проекту Максима Гудкова, вироблені матеріали становлять великий інтерес для електронної промисловості (сенсорні екрани, суперконденсатори, різні датчики та мікроелектронні чіпи), галузі композитних матеріалів (аерокосмічна промисловість, медичні імплантати, інженерні матеріали), для каталітичної галузі (носії для водневих енергетичних) каталізаторів) та інших. За найближчий рік компанія планує наростити обсяги виробництва до 10 кг оксиду графену на місяць, що дозволить знизити ціну з поточних 695 руб. за 1 р до 280 руб.

  Ринок графену в США

  Проект GraphSensors спрямований на розробку та виробництво високоселективних мультисенсорних газових чіпів на основі графену, що мають ряд унікальних характеристик: великий набір газів, що діагностуються та ідентифікуються (сенсор здатний розпізнавати до семи газів у суміші), низьке енергоспоживання (5–10 мВт), можливість роботи в безкисню атмосфері та відсутність необхідності нагрівання чіпа. Керівник проекту Максим Рабчинський прокоментував: «Наші чіпи можна використовувати як для діагностики вмісту компонентів у газових сумішах, так і для комплексніших завдань: діагностики захворювань людини (Breath Biopsy), ідентифікації різних запахів, наприклад кави, тютюну, вин, м'яса, список практично не обмежений. Чіпи можуть бути інтегровані як у системи "Електронний ніс" (Electronic nose), так і в класичні багатоканальні газоаналізатори».

  Проект GraphApta спрямований на розробку портативних тест-систем персонального використання для регулярної діагностики перебігу інфекційних захворювань, таких як ВІЛ, гепатит, захворювання, що передаються статевим шляхом. Тест-системи представлені одноразовими тест-смужками на основі графенових покриттів та компактного вимірювального блоку, гепатометра, з доступом до хмарного сервісу для зберігання даних про динаміку захворювання. Використання системи дозволить проводити діагностику в будь-який час і в будь-якому місці за аналогією зі звичайним глюкометром при високій селективності, чутливості, а також простоті та дешевизні приладу. За словами керівника проекту Івана Комарова, планується створення як персональних пристроїв, так і комерційних рішень із розширеними експлуатаційними характеристиками для компаній, які займаються моніторингом здоров'я та аналізом вірусних захворювань.

  Джеймс Бейкер, директор Graphene Engineering Innovation Centre

  — Пане Бейкер, які технології застосовують у Євросоюзі для виробництва графена?

  — Існують дві основні методики (але в них багато варіацій) отримання графену. Методика «згори донизу» (Top-down) починається з графіту, який через різні способи розщеплюють на шари або пластинки графену. Методика "знизу вгору" (Bottom-up) починається з атомів вуглецю або вуглецевмісного газу, наприклад CH4 (метан), і за допомогою таких процесів, як CVD (хімічне осадження з газової фази), утворюється плівка графену на листі підкладки (наприклад, міді) ).

  В активі АТ «НДІграфіт» (Москва) розробка гнучких п'єзодатчиків з графеновими контактами, графенсодержащіе високоанізотропні теплорозсіювальні пластмаси, що мають коефіцієнт теплопровідності понад 200 Вт/мК в одному напрямку і 10-20 Вт/мК в іншому, з теплостійкістю МПа. Проекти, що реалізуються, зосереджені в галузі розробки конкурентоспроможного технологічного процесу отримання графену з природного графіту методом рідкофазної ексфоліації. Результатом має стати комерційна лінійка суспензій графенових препаратів, які можна використовувати для модифікації полімерів та композиційних матеріалів, для отримання рідких теплоносіїв, матеріалів, що змащують, провідних контактів, чорнила, оптичних покриттів.

  Імпорт графенових продуктів

  У 2019 році розпочалося просування імпортних графенових продуктів на російський ринок. Так, ТОВ Альфарок Матеріалс (Москва) ввезло з Іспанії фотокаталітичну фарбу Graphenstone.Андрій Буслаєв, виконавчий директор ТОВ «ГК Генезіс ГНП» (Москва), повідомив «Ъ-Науке» про виведення в серпні нинішнього року на ринок Росії та СНД швейцарської моторної олії «Genesis GNP Engine Oil» та олії трансмісійної «Genesis GNP Gear Oil» з присадками графену.

  Випробування показали, що коефіцієнт тертя в новому машинному маслі знижений з 0,12 до 0,02, коефіцієнт зносу двигуна зменшується вдвічі-втричі, а витрата палива автомобіля падає на 30% на атмосферних двигунах і на 15% для турбомоторів.

  Лю Чжуньфань, Пекінський графеновий інститут

  — Вкажіть, будь ласка, провідні компанії з виробництва графену у Китаї.

  — Згідно з Глобальним індексом графена, опублікованим китайською службою економічної інформації (CEIS) у 2018 році, Китай та США лідирують у графеновій промисловості. Загалом виробництво графену можна класифікувати як CVD-метод отримання графенової плівки та методи одержання графенових порошків. Деякі приклади китайських виробників графена: CVD-плівки (Beijing Graphene Institute, Chongqing Graphene Technology Co., Ltd. ., Ltd.); графенових порошків (SuperC (Dongguan) New Materials Technology Co., Ltd., Ningbo Morsh Co., Ltd., Qingdao Haoxin Technology Co., Ltd., Xiamen Knano Graphene Technology Co., Ltd., Baotailong Co. Ltd., The Sixth Elements (Changzhou) Materials Technology Co., Ltd., Shandong Leadernano Technology Co., Ltd.).

  І багато ще

  Є й інші застосування графену, такі як добавки в бетон, антибактеріальні тканини, фільтруючі та адсорбуючі графенові матеріали та інше.Вивчається застосування графену в польових транзисторах, в лазерах як поглиначів, що насичуються для реалізації режиму пасивної самосинхронізації мод при генерації ультракоротких імпульсів. Так як всі ці застосування були розроблені всього за кілька років, то можна говорити про необхідність більш докладного вивчення властивостей графену і ефектів, що спостерігаються в ньому, для повного розкриття потенціалу цього вуглецевого наноматеріалу, який, за прогнозами, дуже великий.

  Антоніо Кастро Нето, сінгапурський Графеновий центр

  — Вкажіть, будь ласка, провідні компанії з виробництва графену.

  — Світовий ринок графена складний, з тисячами компаній, які його виробляють,— від плівок до порошків, з різними рівнями якості та стандартизації. Мені важко виділити окремі компанії. У Сінгапурі провідною компанією є 2D Materials із потужністю 12 тонн графену на рік. Вона отримала попередні інвестиції від CBMM, компанії, яка є головним постачальником ніобієвих продуктів та технологій. «Шлюб» між графеном та ніобієм має величезний потенціал застосування — зокрема, у твердотільних акумуляторних батареях. Це передній край електроакумуляторної технології - на відміну від звичайних рідкелектролітних, твердотільні батареї не спалахують, і вони дуже дешеві. Цю технологію розвиває сінгапурська компанія Graphene Watts.

  Володимир Тесленко, кандидат хімічних наук