В каких телефонах самсунг взрывались батареи. Теории заговоров. Взрывы телефонов Samsung. Что произошло с флагманом Samsung

Изобретение может быть использовано при изготовлении электронных и оптоэлектронных устройств, а также солнечных батарей. Исходный графит диспергируют иглофрезерованием с получением продукта диспергирования, содержащего графен и графитовые элементы. Затем из полученного продукта диспергирования выделяют графен за счет использования его гидрофобных свойств, с применением жидкости, имеющей плотность 1,80-2,3 г/см 3 . После этого расщепляют графитовые элементы истиранием в барабане, содержащем истирающие элементы, выполненные в виде истирающих роликов, длина которых эквивалентна длине образующей барабана. Внутренняя поверхность барабана и поверхность роликов имеют шероховатость не более 0,32 мкм. Повышается производительность процесса получения графена, снижается вредность производства. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к области получения графена и, в частности, к способу получения графена в виде пленок, наноразмерных частиц, хлопьев и т.п. из исходных материалов на основе графита и других слоистых графитовых соединений.

Графен, представляющий собой слой углерода, атомы которого соединены sp 2 связями в гексагональную двухмерную решетку, является одним из самых прочных материалов, известных на сегодняшний день. Структуры графена могут быть образованны из нескольких наложенных друг на друга листов графита, так называемые, «малослойные графены», и более толстые структуры, названные "наноразмерными графеновыми пластинами". Каждый из этих материалов существенно отличается друг от друга по физико-механическим характеристикам и может быть использован в различных областях техники, в частности, в электронных устройствах, солнечных батареях, оптоэлектронных устройствах и др.

В настоящее время графен получают несколькими способами:

Разрушением (расщеплением) графита путем его химического интеркалирования соединениями галогенов, солями металлов и др. с последующим воздействием тепловым ударом, ультразвуком, механической обработкой сдвига. (KR №20110089625, В82В 3/00, 2011 г.; KR №20100116399, В82В 3/00, 2010 г.; US №2005271574, С01В 31/00 2005 г.; US №2009026086, B82Y 30/00, 2009 г.; US №2009155578, B82Y 30/00, 2009 г.; US №3885007, С04В 35/536 2005 г.). Способы, описанные в патентах, сложны, малопроизводительны, вредны с точки зрения использования химических веществ, высоких температур и давлений, требуют использования сложного оборудования: ультразвуковых установок, суперцентрифуг.

Получение графена через окисленный графит путем обработки графита сильными кислотами с последующим восстановлением окисленного графита сильными восстановителями - гидрозином, NaBH 4 , гидрохиноном и др. (US 2013197256, кл. В82В 3/00, 2013 г. US №20100303706, B82Y 30/00, 2010 г.).

Эти способы связаны с использованием сильных кислот и большим количеством воды, которая необходима для отмывки непрореагировавших продуктов и нейтрализации суспензии.

С учетом недостатков вышеуказанные известные способы могут быть ограниченно использованы в промышленном производств. Кроме того, графен, получаемый этими способами, имеет дефектную кристаллическую структуру, которая снижает показатели материала по электро- и теплопроводности, износостойкости и др. характеристикам.

Наиболее перспективными способами получения графена для промышленного производства являются способы получения графена путем микромеханического отшелушивания слоев графита.

Одним из первых методов механического отшелушивания является метод Новоселова (метод скотча). Метод, с виду кажущийся простым, на самом деле на сегодняшний день является трудно воспроизводимым и позволяет получать лишь очень небольшие (не более 0,001 мг) количества графена, и требует применения специальных графитов - природного, высокоориентированного пиролитического графита марки ВОПГ (Губин СП., Ткачев СВ. «Графен и родственные наноформы углерода», М., Книжный дом «Либроком», 2012 г., с. 38-39).

Известен способ получения графена, включающий размалывание графита в графитовый порошок в шаровой мельнице в присутствии органического растворителя с поверхностным натяжением 30-45 мНм -1 и мелющих шариков, покрытых мягким полимером. Полимерное покрытие на шариках уменьшает повреждение в графите кристаллической структуры от жестких столкновений с помольными шариками. Размалывание в шаровой мельнице значительно повышает производительность получения графена, графеновый продукт может быть получен равномерной толщины в 1-2 атомов углеродного слоя, способ может быть просто реализован в промышленном производстве (WO 2011054305, С01В 31/04, 2011 г.). Однако данный способ переизмельчает фрагменты получаемого графена, т.к. шарики в большей степени работают по принципу размола исходного материала.

Известен способ отшелушивания слоистого материала, включающий диспергирование графита в жидкой среде, содержащей поверхностно-активное вещество, воздействие на указанную взвесь или суспензию ультразвуком на энергетическом уровне в течение периода времени, достаточного для получения разделенных наноразмерных чешуек. Обработка ультразвуком сопровождается механической обработкой сдвига, например размолом воздухом, в шаровой мельнице, вращающейся лопастью сдвига, или их комбинацией (US 2008279756, С01В 31/04, 2008 г.). Недостаток способа заключается в неконтролируемом помоле материала практически во всем объеме, последующее выделение графена из раствора, содержащего поверхностно-активные вещества, является чрезвычайно трудоемкой операцией, и, кроме того, использование ультразвука в производстве является вредным.

Известен способ получения графеновых частиц или хлопьев путем истирания твердого графита по грубой шероховатой поверхности, например по стеклянной поверхности, имеющей шероховатость от 0,01 до 10 pm. При трении происходит перенос графита на шероховатую поверхность с оставлением следов, которые представляют собой графеновый материал. Указанную поверхность затем подвергают обработке ультразвуком для отделения от нее графенового материала (WO 2011055039, кл. B82Y 30/00, 2011 г.). Недостаток способа заключается в его малой производительности, т.к. способ требует постоянного прерывания процесса для отделения слоев графена с поверхности истирания для восстановления шероховатости и продолжения процесса истирания твердого графита.

Известен способ получения графеновых частиц, включающий диспергирование исходного графитового материала путем вырезания графитовых блоков, имеющих наноразмеры, из исходного графита ультрамикротомом; в качестве инструмента используют алмазный нож с радиусом закругления кромки от 1 до 5 нм, при этом блоки вырезают отдельными проходами резца в двух взаимно пересекающихся направлениях. После вырезания блоков осуществляют их расщепление на множество графеновых частиц с использованием, кислот хлорсульфоновой, серной или их смеси. При диспергировании графеновых элементов в жидкости их отделение от жидкости осуществляют фильтрацией (US 2012272868, B82Y 30/00, 2012 г.).

Недостаток способа заключается в малой производительности процесса, связанной с тем, что для получения требуемого количества блоков одним резцом необходимо сделать множество проходов. Кроме того, получение графена известным способом является вредным производством, т.к. последующее расщепление блоков на графеновые элементы осуществляется сильнымии кислотами. Способ достаточно дорогостоящ из-за высокой стоимости микротомных алмазных резцов, резание которыми должно осуществляться на прецицзионном дорогостоящем оборудовании.

Наиболее близким техническим решением к заявленному способу является способ, включающий диспергирование исходного графитового материала иглофрезерованием с получением продукта, содержащего графен и графитовые элементы, и выделение графена из полученного продукта центрифугированием в жидкости, способствующим расслоению продукта на графит и графен (заявка CN №102602914, С01В 31/04, 2012 г.). В соответствии с заявкой после отделения графена остаются графитовые элементы. Авторы заявки не указывают на возможное дальнейшее использование графитовых элементов.

Технической задачей предложенного способа является создание простого недорогого высокопроизводительного способа получения графена с повышенным выходом с помощью высокопроизводительных механических средств без использования сложного инструмента и оборудования.

Техническое решение поставленной задачи заключается в том, что в способе получения графена, включающем диспергирование исходного графита иглофрезерованием с получением продукта диспергирования, содержащего графен, и графитовые элементы, и выделение графена из полученного продукта диспергирования, после выделения графена из продукта диспергирования осуществляют расщепление графитовых элементов истиранием в барабане, содержащем истирающие элементы, выполненные в виде истирающих роликов, при этом отделение графена из продуктов диспергирования проводят за счет использования гидрофобных свойств графена с применением жидкости, имеющей плотность 1,80-2,3 г/см 3 .

Длина истирающих роликов эквивалентна длине образующей барабана.

Внутренняя поверхность барабана и поверхность роликов имеют шероховатость не более 0,32 мкм.

Сущность изобретения заключается в том, что процесс диспергирования исходного графитового материала осуществляют многолезвийным инструментом - иглофрезой, которая имеет множество режущих кромок, позволяющих за один проход инструмента получить большое количество продукта диспергирования, содержащего графен и графитовые элементы. После выделения полученного при иглофрезеровании графена производят расщепление графитовых элементов в барабане в режиме истирания-перекатывания истирающих элементов, выполненных в виде роликов. Процесс расщепления истиранием-перекатыванием позволяет получать графен в виде достаточно больших элементов, практически полностью исключив дробление графена.

Способ осуществляют следующим образом.

В качестве источника графита могут быть использованы такие материалы, как природный графит, электродный графит, пиролитический графит, ВОПГ, КИШ и др., которые представляют собой материал, состоящий из множества ориентированных друг относительно друга слоев углерода. Исходный графитовый материал диспергируют процессом иглофрезерования. Иглофреза представляет собой диск, на периферии которого закреплено большое число плотно расположенных режущих элементов в идее игл или проволочек из высокопрочного стального материала. Каждая игла или проволочка одновременно снимает стружку с поверхности графитового материала. В зависимости от условий иглофрезерования получают стружку - продукт диспергирования, представляющий собой смесь графена и графитовых элементов. Условиями иглофрезерования являются режимы резания, количество режущих элементов на единице рабочей поверхности иглофрезы, жесткость режущих элементов, зависящая от модуля упругости материалов, из которых сделаны режущие элементы, геометрические параметры: диаметр режущих элементов, их вылет над поверхностью закрепления, плотность размещения режущих элементов и др. Варьированием условиями иглофрезерования можно получать графен и графитовые элементы тех размеров, которые необходимы. Для получения размерных графитовых элементов рекомендуются следующие режимы резания: скорость резания - до 35 м/с, поперечная подача ≤0,03 м/с, продольная подача - 0-1 м/мин. Более жесткие режимы резания вызывают высокие температуры в зоне резания, приводящие к окислению продуктов диспергирования.

Иглофрезерование проводят преимущественно на шлифовальных станках, обеспечивающих высокие скорости резания. В процессе иглофрезерования получают графен, который отделяют от графитовых элементов. Отделение графена необходимо для того, чтобы полученный графен не подвергался последующей обработке, приводящей к повреждению кристаллической решетки, а также возможному передрабливанию. В конечном итоге выделение графена позволяет увеличить выход графена с минимально поврежденной кристаллической решеткой.

Отделение графена от продуктов диспергирования проводят за счет использования гидрофобных свойств графена с применением жидкости, имеющей плотность 1,80-2,3 г/см 3 .

За счет кристалличности графен обладает гидрофобными свойствами, которые позволяют ему всплывать в жидкостях с плотностью выше плотности графена. Для выделения графена из продуктов диспергирования готовят суспензию из воды и вещества, растворяющегося в воде и повышающего ее плотность в пределах 1,80-2,3 г/см 3 . Преимущественно, в качестве таких веществ могут быть использованы соли такие как, например NaCl, NaNO 3 KaCl и др. В суспензию вводят продукт иглофрезерования, взбалтывают ее и оставляют на некоторое время в покое до появления границы раздела жидкость - осадок. Всплывший графен в виде пленки, графеновых фрагментов, снимают с поверхности суспензии. Плотность суспензии более 1,80 г/см 3 позволяет всплывать графену, отделяя его от гафитового материала, обладающего большей плотностью и гидрофильными свойствами. При меньшей плотности суспензии продукт диспергирования не всплывает и не разделяется, Максимальная плотность суспензии определяется плотностью графита. При плотности суспензии больше 2,3 г/см 3 продукт диспергирования не разделяется, т.к. всплывают на поверхность и графен, и графит.

После отделения графена осевший осадок, содержащий графитовые элементы, декантируют от жидкости, высушивают и помещают в барабан, в котором в качестве истирающих элементов служат ролики. Внутренняя поверхность барабана и поверхность роликов должна иметь шероховатость не более 0,32 мкм. Такая шероховатость обеспечивает производительное получение 1-3 - слойного графена. При большей шероховатости получается многослойный графен с худшими физико-механическими свойствами.

Длина истирающих роликов должна быть эквивалентна длине образующей барабана. При этом будет осуществляться более равномерное перекатывание-скольжение роликов по стенке барабана и роликов друг по другу. При процессе обработки в барабане в режиме перекатывания-скольжения происходит истирание графитовых элементов, вызывающее расщепление графита на графеновые фрагменты без их передрабливания. Количество истирающих роликов, загружаемых в барабан, должно составлять не более трети диаметра барабана.

Соразмерность длины роликов и длины образующей барабана необходима для получения плотной упаковки роликов по стенке барабана, при которой происходит процесс истирания. Нарушение плотности упаковки роликов приводит к появлению ударных нагрузок, т.е. к появлению графена с искаженной кристаллической решеткой.

После завершения обработки графитового материала в барабане из полученного продукта вновь готовят суспензию для отделения графеновых фрагментов. В зависимости от результатов осадок в суспензии может многократно подвергаться обработке в барабане с промежуточным отделением графеновых фрагментов от продукта очередного истирания.

Графитовые электроды марки Э диаметром 16 мм подвергали резанию иглофрезой ⌀120 мм, шириной 20 мм при скорости резания V=25 м/с, продолной подаче S прод =0,5 м/мин, поперечной подаче S поп =1,0 мм/ход. в закрытом контейнере без охлаждения. Полученный продукт фрезерования помещали в суспензию, состоящую из поваренной соли и дистиллированной воды. Плотность суспензии составляла 2,0 г/см 3 . Суспензию взбалтывали в течение 30 мин и оставляли в покое до получения границы раздела жидкость - осадок. Всплывший продукт снимали с поверхности жидкости. Продукт представлял собой графен в виде пленки, фрагментов, отдельных элементов. Выход графена составил 11% вес. Осевший продукт декантировали, высушивали и помещали в барабан с роликовыми истирающими элементами. Внутренний диаметр барабана составлял 240 мм, диметр роликов - 12 мм. Длина барабана составляла 360 мм, длина роликов 12 мм. Загрузка роликами составляла треть диаметра барабана. Внутренняя поверхность барабана и поверхность роликов имели шероховатость 0,32 мкм. Скорость вращения барабана 200 об/мин, время обработки - 5 час.

После истирания полученный продукт вновь обрабатывали в суспензии для выделения графена. Снятый продукт в виде пленки высушивали и взвешивали. Выход графена составил 14% вес. За цикл было получено 25% вес. графена.

Оставшийся осадок после декантирования и высушивания направлялся на дополнительное истирание в барабане.

Таким образом, благодаря использованию процесса иглофрезерования для получения графена и последующего расщепления графитовых элементов в барабане с истирающими роликами, повышается выход графена, снижается стоимость процесса. Способ осуществляется без использования сильных кислот, что существенно снижает вредность производства.

1. Способ получения графена, включающий диспергирование исходного графита иглофрезерованием с получением продукта диспергирования, содержащего графен и графитовые элементы, и выделение графена из полученного продукта диспергирования, отличающийся тем, что после выделения графена из продукта диспергирования осуществляют расщепление графитовых элементов истиранием в барабане, содержащем истирающие элементы, выполненные в виде истирающих роликов, при этом отделение графена из продуктов диспергирования проводят за счет использования гидрофобных свойств графена с применением жидкости, имеющей плотность 1,80-2,3 г/см 3 .

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длина истирающих роликов эквивалентна длине образующей барабана.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность барабана и поверхность роликов имеют шероховатость не более 0,32 мкм.

Похожие патенты:

Изобретение относится к области создания и производства углеродных материалов с высокими физико-механическими характеристиками, в частности углерод-углеродных композиционных материалов на основе тканых армирующих наполнителей из углеродного высокомодульного волокна и углеродной матрицы, сформированной из пеков в процессе карбонизации и последующих высокотемпературных обработок.

Изобретение может быть использовано при изготовлении конструкционных материалов. Способ пакетировки углеродных обожженных крупногабаритных заготовок мелкозернистого графита изостатического прессования при графитации включает их расположение вертикально и горизонтально поперек керна в столбиках, отделенных друг от друга слоями керновой пересыпки толщиной приблизительно 0,2 диаметра заготовки.

Изобретение может быть использовано для изготовления терморасширенного графита (ТРГ) и огнезащитных материалов. Исходный порошкообразный графит обрабатывают окислительным раствором, содержащим следующие компоненты в соотношении, г/г графита: серная кислота 2,0-5,0; азотнокислый аммоний 0,04-0,15; карбамид 0,04-0,15.

Изобретение может быть использовано в медицине, биологии и сельском хозяйстве в качестве химических контейнеров для хранения и транспортировки веществ. Графит фторируют фторокислителями - трифторидом хлора или брома в растворителе, инертном к указанным фторокислителям, в качестве которого используют тетрахлорид углерода или фреон.

Изобретения относятся к нанотехнологии и могут быть использованы при изготовлении катализаторов и сорбентов. Графеновая пемза состоит из графенов, расположенных параллельно на расстояниях больше 0,335 нм, и аморфного углерода в качестве связующего по их краям, при соотношении графена и связующего от 1:0,1 до 1:1 по массе.

Группа изобретений может быть использована при изготовлении материалов для электротехнической и химической промышленности. Графитсодержащий компонент смешивают с наполнителем на основе каолина, проводят сухое перемешивание с одновременным диспергированием последовательно в барабанном и центробежном смесителях.

Изобретение относится к углерод-карбидокремниевым композиционным материалам. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик изделий.

Графен — самый тонкий материал, известный человечеству, толщиной всего в один атом углерода. Он вошел в учебники по физике и в нашу реальность в 2004 году, когда исследователи из Манчестерского университета Андре Гейм и Константин Новоселов сумели его получить, используя обычную ленту-скотч для последовательного отделения слоев от обычного кристаллического графита, знакомого нам в виде карандашного стержня (см. Приложение). Замечателен тот факт, что графеновый лист, помещенный на подложку из оксидированного кремния, можно рассмотреть в хороший оптический микроскоп. И это при его толщине всего в несколько ангстрем (1Å = 10 -10 м)!

Популярность графена среди исследователей и инженеров растет день ото дня, поскольку он обладает необычными оптическими, электрическими,механическими и термическими свойствами. Многие эксперты предсказывают в недалеком будущем возможную замену кремниевых транзисторов более экономичными и быстродействующими графеновыми.

Итак, как же изготовить графен в домашних условиях?

1. Для создания и наблюдения самого тонкого материала на нашей планете вам понадобятся чистые условия (например, физико-химическая лаборатория, хотя подойдет и обычная комната с хорошей вентиляцией), чистые руки, желательно в перчатках, и чистые помыслы ☺.
2. Сначала подготовьте подложку, на которую вы будете помещать графен для наблюдения в микроскопе. Для этого нужно взять кремниевую подложку с естественным оксидом на поверхности, которую перед исследованием следует очистить. Лучше всего для этого подойдет раствор соляной кислоты и перекиси водорода в соотношении 1:3. Поместите пластину в раствор на 30 секунд, а затем просушите сжатым азотом.
3. Приложите отслоенный кусочек графита к ленте-скотч, используя пинцет. Аккуратно сложите ленту пополам, накрыв графит липкой стороной. Несильно прижмите ленту к графиту с обеих сторон и неторопливо раскройте скотч, чтобы можно было наблюдать расслоение графита на две части.
4. Повторите предыдущий этап раз десять. Чем тоньше будут становиться слои графита, тем сложнее будет это делать.
5. Очень осторожно поместите ленту-скотч с графитом на поверхность кремниевой подложки. Используя пластиковый пинцет, удалите воздушные пузырьки между лентой и подложкой. Пройдитесь по поверхности образца пинцетом, несильно его придавливая к подложке в течение десяти минут. Затем очень медленно снимите ленту, придерживая подложку.
6. Поместите ваш образец под 50-, а лучше 100-кратную линзу микроскопа. Вы увидите множество графитовых «чешуек» разных размеров и формы, переливающихся всеми цветами радуги. Если вам повезет, вы заметите графен: почти прозрачную, кристаллической формы «чешуйку», бесцветность которой будет сильно отличаться от ярких цветов «толстых» графитовых собратьев.
7. А вот ссылка. где российский ученый, нобелевский лауреат Константин Новоселов показывает как получить графен в домашних условиях самому

Графен относится к классу уникальных углеродистых соединений, обладающих замечательными химическими и физическими свойствами, такими как прекрасная электропроводность, которая сочетается с удивительной лёгкостью и прочностью.

Предполагается, что со временем он сможет заменить кремний, который является основой современного полупроводникового производства. В настоящее время за этим соединением надёжно закрепился статус «материала будущего».

Особенности материала

Графен, чаще всего встречающийся под обозначением «G», – это двумерная разновидность углерода, имеющая необычную структуру в виде соединённых в гексагональную решетку атомов. При этом общая её толщина не превышает размеров каждого из них.

Для более чёткого понимания, что такое графен, желательно ознакомиться с такими его уникальными характеристиками, как:

• Рекордно высокий показатель теплопроводности;
• Высокие механическая прочность и гибкость материала, в сотни раз превосходящие тот же показатель для стальных изделий;
• Ни с чем несравнимая электропроводимость;
• Высокая температура плавления (более 3 тысяч градусов);
• Непроницаемость и прозрачность.

О необычности структуры графена свидетельствует такой простой факт: при объединении 3-х миллионов листовых заготовок графена суммарная толщина готового изделия будет не более 1 мм.

Для понимания уникальных свойств этого необычного материала достаточно отметить, что по своему происхождению он схож с обычным слоистым графитом, применяемым в грифеле карандаша. Однако, благодаря особому расположению атомов в гексагональной решётке, его структура приобретает характеристики, присущие такому твёрдому материалу, как алмаз.

При выделении графена из графита в образующейся при этом плёнке толщиной в атом наблюдаются его наиболее «чудесные» свойства, характерные для современных 2D-материалов. Сегодня трудно отыскать такую область народного хозяйства, где бы ни применялось это уникальное соединение, и где оно ни рассматривалось бы в качестве перспективного. Особо это проявляется в области научных разработок, ставящих своей целью освоение новых технологий.

Способы получения

Открытие этого материала может быть датировано 2004 годом, после чего учёными были освоены различные методы его получения, которые представлены ниже:

• Химическое охлаждение, реализуемое методом фазовых преобразований (его называют CVD-процессом);
• Так называемое «эпитаксиальное выращивание», осуществляемое в условиях вакуума;
• Метод «механической эксфолиации».

Рассмотрим каждый из них более подробно.

Механический

Начнём с последнего из этих способов, считающегося наиболее доступным для самостоятельного исполнения. Для того чтобы получить графен в домашних условиях, необходимо последовательно произвести следующий ряд операций:

• Сначала нужно подготовить тонкую графитовую пластину, которая затем крепится на клеящейся стороне специальной ленты;
• После этого она складывается вдвое, а затем снова возвращается в исходное состояние (её концы разводятся);
• В результате таких манипуляций на клеящей стороне ленты удаётся получить двойной слой графита;
• Если проделать эту операцию несколько раз, несложно будет добиться малой толщины нанесённого слоя материала;
• После этого скотч с расщеплёнными и очень тонкими плёнками прикладывается к подложке из окисла кремния;
• Вследствие этого плёнка частично остаётся на подложке, образуя графеновую прослойку.

Недостатком этого метода является сложность получения достаточно тонкой плёнки заданного размера и формы, которая бы надёжно фиксировались на отведённых для этого частях подложки.

В настоящее время большая часть используемого в повседневной практике графена производится именно таким образом. За счёт механической эксфолиации удаётся получить соединение довольно высокого качества, но для условий массового производства данный метод совершенно не годится.

Промышленные методы

Одним из промышленных способов получения графена является выращивание его в вакууме, особенности которого можно представить следующим образом:

• Для его изготовления берётся поверхностный слой карбида кремния, всегда имеющийся на поверхностях этого материала;
• Затем заранее подготовленная кремниевая пластина нагревается до сравнительно высокой температуры (порядка 1000 К);
• За счёт происходящих при этом химических реакций наблюдается разделение атомов кремния и углерода, при котором первые из них тут же испаряются;
• В результате такой реакции на пластинке остается чистый графен (G).

К недостаткам этого метода можно отнести необходимость высокотемпературного нагрева, с обеспечением которого нередко возникают трудности технического характера.

Наиболее надежным промышленным способом, позволяющим избежать описанных выше сложностей, является так называемый «CVD-процесс». При его реализации происходит химическая реакция, протекающая на поверхности металлического катализатора при его соединении с газами углеводорода.

В результате всех рассмотренных выше подходов удаётся получать чистые аллотропные соединения двумерного углерода в виде слоя толщиной всего лишь в один атом. Особенностью такого образования является соединение этих атомов в гексагональную решетку за счёт образования так называемых «σ» и «π»-связей.

Носители электрического заряда в решётке графена отличаются высокой степенью подвижности, значительно превышающей этот показатель для других известных полупроводниковых материалов. Именно по этой причине он способен прийти на смену классическому кремнию, традиционно используемому при производстве интегральных микросхем.

Возможности практического применения материалов на основе графена напрямую связаны с особенностями его производства. В настоящее время практикуется множество методов получения отдельных его фрагментов, различающихся по форме, качеству и размерам.

Среди всех известных способов особенно выделяются следующие подходы:

1. Изготовление разновидности оксида графена в виде хлопьев, применяемой при производстве электропроводящих красок, а также различных сортов композитных материалов;
2. Получение плоского графена G, из которого делаются компоненты электронных устройств;
3. Выращивание материала того же типа, применяемого в качестве неактивных компонентов.

Основные свойства этого соединения и его функциональность определяются качеством подложки, а также особенностями того материала, с помощью которого он выращивается. Всё это, в конечном счёте, зависит от используемого метода его производства.

В зависимости от способа получения этого уникального материала, он может применяться для самых различных целей, а именно:

1. Графен, полученный путём механического отслаивания, в основном, предназначается для исследований, что объясняется невысокой подвижностью носителей свободного заряда;
2. При получении графена методом химической (термической) реакции он чаще всего используется для создания композитных материалов, а также защитных покрытий, чернил, красителей. Подвижность свободных носителей у него несколько больше, что позволяет применять его для изготовления конденсаторов и плёночных изоляторов;
3. В случае использования для получения этого соединения метода CVD он может применяться в нано электронике, а также для изготовления сенсоров и прозрачных гибких плёнок;
4. Графен, полученный методом «кремниевых пластинок», идёт на изготовление таких элементов электронных устройств, как ВЧ-транзисторы и подобные им комплектующие. Подвижность свободных носителей заряда в таких соединениях максимальна.

Перечисленные особенности графена открывают для производителей широкие горизонты и позволяют сконцентрировать усилия по его внедрению в следующие перспективные области:

• В альтернативные направления современной электроники, связанные с заменой кремниевых составляющих;
• В ведущие химические отрасли производства;
• При конструировании уникальных изделий (таких, например, как композитные материалы и графеновые мембраны);
• В электротехнике и электронике (в качестве «идеального» проводника).

Помимо этого, на основе этого соединения могут изготавливаться холодные катоды, аккумуляторные батареи, а также специальные проводящие электроды и прозрачные плёночные покрытия. Уникальные свойства этого наноматериала обеспечивают ему большой запас возможностей для его использования в перспективных разработках.

Достоинства и недостатки

Достоинства изделий на основе графена:

• Высокая степень электропроводности, сравнимая с тем же показателем для обычной меди;
• Почти идеальная оптическая чистота, благодаря которой он поглощает не более двух процентов видимого светового диапазона. Поэтому со стороны он кажется практически бесцветным и невидимым для наблюдателя;
• Механическая прочность, превосходящая алмаз;
• Гибкость, по показателю которой однослойный графен превосходит эластичную резину. Это его качество позволяет легко изменять форму плёнок и растягивать их при необходимости;
• Стойкость к внешним механическим воздействиям;
• Ни с чем несравнимая теплопроводность, по показателю которой он в десятки раз превосходит ту же медь.

К недостаткам этого уникального углеродистого соединения относят:

1. Невозможность получения в достаточных для промышленного производства объёмах, а также достижения требуемых для обеспечения высокого качества физико-химических свойств. На практике удаётся получать лишь незначительные по габаритам листовые фрагменты графена;
2. Изделия промышленного изготовления чаще всего уступают по своим характеристикам образцам, полученным в исследовательских лабораториях. Достичь их с помощью рядовых промышленных технологий не удается;
3. Высокие нетрудовые затраты, существенно ограничивающие возможности его производства и практического применения.

Несмотря на все перечисленные сложности, исследователи не оставляют попыток освоения новых технологий производства графена.

В заключение следует констатировать, что перспективы у этого материала просто фантастические, поскольку он также может применяться при производстве современных ультратонких и гибких гаджетов. Кроме того, на его основе возможно создание современного медицинского оборудования и препаратов, позволяющих бороться с раком и другими распространёнными опухолевыми заболеваниями.

Видео