Презентация, доклад Графен и его применение(10-11классы)

трудятся над совершением открытий, созданием различных инновационных технологий, способных улучшить уровень жизни людей, открыть новые просторы в их жизни.
Всего каких-то несколько сотен лет назад открытие такого явления, как электричество, перевернуло умы людей. Ещё большим потрясением стала возможность применения его на практике, в быту. Учёные открыли новую страницу в истории человечества: до сих пор электричество является неотъемлемой частью нашей с вами жизни. Представить своё существование без него чрезвычайно сложно, ведь большинство вещей, которыми мы пользуемся, могут работать исключительно благодаря электричеству.

Введение

своему масштабу сопоставимых с данным, однако они всё же имеют место быть. Совершались эти открытия не только в области физики: пожалуй, к подобным можно отнести открытие пенициллина, периодическую таблицу Д. И. Менделеева, перспективы использования стволовых клеток, и так далее.
Но если не углубляться далеко в прошлое, а оглянуться лишь на несколько лет назад, то
грандиозным открытием по праву можно назвать открытие такого удивительного вещества, как графен.

двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, соединённых в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. Последние семь лет он находится в центре пристального внимания физиков-экспериментаторов во всем мире.

Атом углерода

Модель графена

не более чем модельная абстракция, которая вряд ли сможет принести много пользы. Но наши соотечественники Константин Новоселов и Андрей Гейм, в настоящее время работающие в Манчестерском университете, получили Нобелевскую премию в 2010 году за то, что перевели графен из теоретической плоскости в практическую и смогли раскрыть его скрытый потенциал.

модификации. В частности, например, атомы углерода могут располагаться в одной плоскости самым простым и естественным образом - в виде гексагональной решетки (то есть решетки, у которой все ячейки - шестиугольники). Оскар Клейн еще в 1929 году предсказывал такому материалу необычные квантовые свойства.

Начало пути

В это же время предпринимались попытки получить отдельно "куски" плоского углерода, однако они не привели к успеху. В результате многие ученые решили, что получение этого материала на практике в принципе невозможно и, в конце концов, графен оставался не более чем абстракцией.

Оскар Клейн,
шведский физик

Глубокое разочарование…

конкуренты также пытались получить заветное вещество, применяя самые разные и хитрые способы: и выжигание при температуре 1300° по Цельсию карбида кремния, и прикрепление кристалла углерода к игле силового микроскопа с последующим вождением им по поверхности, однако всё это не приводило к желаемому результату.
Но, как говорится, «ларчик просто открывался». Новосёлов с Геймом взяли за основу принцип написания карандашом, при котором от грифеля отслаиваются крохотные чешуйки углерода, некоторые из которых достигают толщины как раз в один атом. Они отклеивали хлопья от графита при помощи скотча, после чего переносили их на специальную подложку. В 2004 году в журнале «Science» появилась статья физиков, в которой они описывали не только технологию получения графена, но и некоторые его свойства.

Получение графена

Более того, он в 200 раз прочнее стали и проводит электричество при комнатной температуре лучше, чем любой другой материал известный человечеству. Исследователи из Колумбийского университета, которые доказали, что графен является самым прочным материалом, заявили, что для того, чтобы порвать пленку графена толщиной в 0.01 мм, понадобится слон. При этом его вес должен уместиться на площади равной кончику карандаша.

Исходя из этого, у графена может быть необычайно широкий спектр применения, но прежде всего, графену прочат большое будущее в электронике. Листы графена и свернутые из него нанотрубки – отличный материал для конструирования электросхем.

производители стремятся повысить быстродействие своих аппаратов. В платах современных компьютеров используются кремниевые полупроводники, однако им уже давно ищут замену. Графен вполне сможет стать отличной заменой. В теории графеновые транзисторы смогут обеспечить значительно более высокую скорость, при этом препятствуя увеличению температуры на микроскопическом уровне, сделав в конечном итоге устройство гораздо меньших размеров с большей производительностью, низким энергопотреблением и невысокой стоимостью (сырье для транзисторов – углерод – не стоит практически ничего по сравнению с медью или золотом). Компания IBM уже продемонстрировала 100 GHz транзистор на основе графена и заявила, что на горизонте уже маячит процессор мощностью в 1THz, что в десятки раз мощнее современных компьютеров.

углерод

медь

золото

уничтожают бактерии. В опытах исследователей попавшая на лист графена кишечная палочка гибла в течение считанных минут. Экологичный, нетоксичный для человека графен наверняка станет идеальным бактерицидным покрытием и найдет применение во многих отраслях: от упаковки продуктов до хирургических инструментов.

Кишечная палочка
Escherichia coli

материалов. В настоящее время армия США активно изучает возможности добавления углеродных нанотрубок в ткань бронежилетов. Даже небольшие количества нанотрубок повышают пулестойкость бронезащиты на 10–20%. Кроме того, графен повышает долговечность материала и его износостойкость.

еще солнечные батареи, сверхпроводники, научные инструменты, герметичные пластиковые контейнеры, которые позволят неделями хранить в нем еду, и она будет оставаться свежей, прозрачное токопроводящее покрытие для солнечных панелей и мониторов биомедицинские технологии, в которых применение графена дает потрясающие результаты.
И это всего лишь вершина айсберга возможностей применения. Мы стоим еще в самом начале длинного пути. Графен предоставляет неограниченные возможности практически во всех областях индустрии и производства. Со временем, он вероятно станет для нас обычным материалом, подобно пластику в наши дни.

Коняев.
Цена плоского углерода. 2010г.
http://globalscience.ru (оригинал на англ. яз. http://bigthink.com
Michio Kaku. Graphene Will Change the Way We Live. 2010г.)