Чому графен це матеріал майбутнього?

Графен - це двовимірна алотропна форма вуглецю, в якій об'єднані в гексагональну кристалічну решітку, атоми утворюють шар товщиною в один атом. Графен був відкритий у 2004 році двома вихідцями з Росії - Андрієм Гейм і Костянтином Новоселовим - які, як це часто буває, не змогли реалізувати свій науковий потенціал в рідній країні та поїхали працювати до Нідерландів і Великобританії відповідно. За відкриття графену Гейм і Новосьолов у 2010 році отримали Нобелівську премію з фізики.

Чим він цікавий?

Незвичайні властивості графену пророкують цьому матеріалу блискуче майбутнє. Ми перерахуємо лише деякі з них, які на наш погляд, представляють максимальний інтерес.

Почнемо з механічних властивостей. Графен має дуже високу міцність. Лист графену площею в 1м2(і товщиною, нагадаємо, всього лише в один атом!) Здатний утримувати предмет масою 4 кілограми. Внаслідок двовимірної структури, графен є дуже гнучким матеріалом, що в майбутньому дозволить використовувати його, наприклад, для плетіння ниток (при цьому тоненька графенова «мотузка» по міцності буде аналогічна товстому і важкому сталевому канату). Крім того, в певних умовах графен здатний сам «заліковувати» «дірки» у своїй кристалічній структурі.

Графен - це матеріал з дуже високою провідністю електрики й тепла, що робить його ідеальним для застосування в різних електронних пристроях, особливо якщо пригадаймо про його гнучкість і повну оптичну прозорість. Вже були виготовлені експериментальні сонячні батареї, в яких графен використовується як заміна порівняно дорогого селеніду індію. При цьому «графенові» сонячні батареї демонструють вищу ефективність.

Ще одне можливе застосування графену - створення гнучкої електроніки та, зокрема, гнучких дисплеїв. Зараз в екранах (як рідкокристалічних, так і OLED) в якості прозорого провідника використовується оксид індію-олова, який відносно дорогий і при цьому крихкий. У цьому сенсі висока міцність і гнучкість графену роблять його ідеальним кандидатом на заміну. Широке поширення графену, найімовірніше, матиме хороший стимул розвитку переносної електроніки, оскільки дозволить вбудовувати чіпи в одяг, папір та інші повсякденні речі.

Графен також розглядається як перспективний матеріал для створення польових транзисторів, що відкриває широкі можливості по мініатюризації електроніки. Наприклад, останнім часом заведено говорити про те, що знаменитий «закон Мура» скоро себе вичерпає, оскільки класичний кремнієвий транзистор не можна зменшувати нескінченно. Водночас транзистори, в яких використовується графен, можна зробити дуже невеликими без втрати корисних властивостей. Компанія IBM вже оголосила про створення інтегральних схем на основі графенових транзисторів, які до того ж здатні безперебійно працювати при температурах до 128 градусів Цельсія.

Також графенова плівка, як виявилося, є відмінним фільтром для води, оскільки вона пропускає молекули води й при цьому затримує всі інші. Можливо, в майбутньому це допоможе знизити вартість опріснення морської води. Компанія Lockheed Martin представила графеновий фільтр для води під назвою Perforene, які, за твердженням виробника, на 99% знижує енергетичні витрати на опріснення.

Нарешті, не можемо не відзначити, що благодійний Фонд Білла і Мелінди Гейтс виділив грант у розмірі 100 тисяч доларів на «розробку нових композитних еластичних матеріалів для презервативів, що включають наноматеріали типу графену».

У кожної епохи є своє ключове відкриття, яке задає темпи та напрямок прогресу на багато років вперед. Наприклад, металургія стала основою промислової революції, а винахід напівпровідникового транзистора в XX столітті зробив можливим появу сучасного світу в тому вигляді, яким ми його знаємо. Чи стане графен таким чудо-матеріалом XXI століття, який дозволить створювати пристрої, про які ми зараз і не здогадуємося? Цілком може бути. Поки ж нам залишається тільки з цікавістю стежити за дослідженнями в цій галузі.