ГРАФЕН – ПРОЕКТА ЗА 1 МИЛИАРД ЕВРО
Възлагат огромни
надежди на него. Средствата които се
отделят за изучаването му и приложението му са огромни в целия свят. Свойствата
му са необичайни за позната физика. До 300
пъти по - твърд е от стоманата и същевремено е изключително еластичен. Издръжлив до
безкрайност, много стабилен с висока електропроводимост.
Какъв е обаче
е този материал, на който се отделя толкова много внимание и в който
огромни косорциуми и компании инвестират милиони долари и евро .
Името му е Графен,
получава това название от двамата руски учени работещи в университета в
Манчестър Андрей Гейм и Константин
Новоселов. Те успели чрез самозалепваща се лента през 2004 година да изолират слой графитни кристали от повърхността на графита. Заради това си
откритие двамата руски учени взеха нобелова награда през 2010 година.
професор Георги Младенов
За да се направи
образец със атомно чиста повърхност, взима се един пиролитичен графит, парченце
графит, само че пиролитичния е направен при много висока температура и е добре
слоесто построен. Взима се тиксо, лепи се върху графита маха се тиксото и се
хвърля. Но графита остава с атомно чиста повърхност защото тя сега в момнта е
направена и тогава ние можем с едно острие да виждаме отделни атоми........
В дадения случай с графита може да се
наблюдава и това е много стандартен образец така да си отлепиш с тиксо
повърхноста да я хвърлиш и изведнъж им идва на ум, че ако това
хвърленото го вземеш, там все пак ние сме отлепили доста тънка част от графита
, разтвориш с лак за ноти , а това което жените, ацетона там дето свалят лака.. ще останат люспички графит.
Виктор Брагута
доктор на физико математическите науки към Института по физиака на високите енергии в Русия.
графена е плосък
кристал. Това е двумерен кристал, който е разположен на плоскост. За да
разберете структурата на този кристал си предствавете, че плоскоста се покрива
от шестоъгълнници. И на всеки връх на тези шестоъгълници има един атом
въглерод. Т.е. графена се състои единствено от въглеродни атоми. При всеки атом
на въглерода има три съседни. Около вълерода има външни електрони, които
участват в образуването на графена са 4.
3 електрона
създават връзка межу съседните остава
един електрон, който е много слабо свързан и точно той се явава този който
определя свойствата на графена
Професор Георги
Младенов
Трите му атома са
свързани със съседните и така прави тази
шестоъгълна система, четвъртия обаче стои свободен, там например може да стане
водород, може да стане нещо друго и затова словеве графин с нещо друго дава
други свойства, може също да се изпололзва само някоя от тия връзки ,
когато се насити с нещо това става
прекрасен газов детектор.
Графеновия слой е най-тънкият известен
материал на земята, същевремено е и най - твърдия като е по - твърд дори от
диаманта. Структурата му е кристална, но притежава до 20 процента еластичност и
така може да се огъва. Заради структурата си е и най - непропускливия
матерал, дори собствени въглеродни атоми
не могат да преминат през едноатомния му слой.
Сред много бройните му свойства е и това , че има най - висока топлопроводимост, която надминава дори
тази на диаманта. Графенът е и с най -високата плътност на тока при стайна температура, т.е. в милиони пъти по
голяма от тази на медтта. Друго негово
свойсто е , че електроните му имат най - високата подвижноност, като в
сравнение с електронните на силиция, електроните на графена са 100 пъти по –
бързи. Заради прозрачността си графена има и уникални оптически свойства.
Марин Господинов
Професор Марин
Господинов
Първия интерес,
когато се установиха основинте параметри на графена , това са еднослоен голям
по площ материал, изключително ефтин лесен по отношение на технологии, това
беше приложението в така наречените полеви транзистори на основата на този полеви ефект въху силиции
са създадените съвремени интегрални схеми , микропроцесори , памети и така
нататък. Тъй като графена има много по -високи транспортни параметри подвижност на носителите , … и се
предполагаше в началото , че графена много бързо ще отиде в производството на
тези полеви транзистори, поради възможности за много по – високи параметри.
Още от преди десет
години, когато е открит графена, научноизледовтаелски центрове в Русия
,Съединнените щати, Китай и дори Тайван започват да изледват този нано матерал.
В Китай се оказва че от близо осем
години всяка година от държавания бюджет
за изследвания и производство на графен, като и приложенията му в най- различни
области на индурстията се заделят около 3 милярда долара. От началото на миналата година графенът се превърна в приоритет номер едно в
областта на научните изследвания и в Европа.
Петър Петров ЕК
Това е изграждане
на инфраструктура, изграждане на връзките межу институтите които участват в проекта , те са в 24 страни, като повечето от
тях са в ЕС . Включително и в България има две организации участват в този
проект.
В проекта вече
участват организации като големи бизнес фирми Финасирането от ЕС е около 50
милиона евро годишно, проекта разчита и на финасиране от самия бизнаес същот
така и по националните приоритети на
страните ни. Милярда не е е който е изваден от
бюджета на ЕС. Той разчита да покаже резултатит, които да заслужат и
национално финасиране и финасиране от бизнеса на чисто бизнес основи.
Въпреки, че
проекта графен е от миналата година се оказва, че в България се е работило по
получаването на този наноматериал още старта на проекта.. Пионера в тази област е професор Марин Господинов от
инситута по физика на твърдото тяло към БАН. Получава графен с апаратура, която
служи за получаваен на полупроводници.
Формирането на графена се извършва в кварцова тръба поствена в
нагревателна пещ в която температурата
може да достигне от 800 до 1100 градуса.
Професор Марин Господинов
При тази
температура около 800- 820 градуса се
пускат газове от метан, водород и аргон. Метана е с химмическа формула
СH4, pri 800 gradusa , метана се разлага на въглерод и 2 молекули водород. Този
свободен въглерод се олага въху повърхността. Основно графена се получва въху
подложки от фолио от медно фолио с деббелина 25 микрона и фолио от никел с
дебелина от 25 до 50 микрона. Използват се също и пластинки от силиции , които
са покрити с мед. Това е пластинката от Силиции , силициев двуокис, които са покрити
с мед тънък слой около 200 – 300 нано метра или никел. тази пласинка с една
такава кварцова пръчка се отмества до средата на пеща, където е най -равномерна
температурата има така нареченото
температурно плато, след което се регулират газовите потоци , газовите потоци
се регулират с така наречените рота метри, които отчитат обемма на този газ,
който е постъпил в реакционното пространство
в кубически сантиметър за минута.
Оказва се че
технологията за получаване на графен по такъв метод е изключително ефтина и не
изисва големи капиталовложения.
Професо Марин
Господинов
Оборудването е
нещо което е много отдавана развито ,
тези процеси на поддържане на температура .. всичките тези газови , газовото
стопанство вече е унифицирано до такава степен , че няма никакъв проблем да се развиватс изключителна точност
и прецизиране на такива параметри. …Един такъв слой се получва за 50 или 50 минути до 1 час, което понижава и цената, разход на
материали и на енергия естествено.
- А вие самия
еднослоен ли графен получвате?
Имаме и еднослоен
имаме и повече слоеве графен. Доцент Петър Рафаилов
Единичен слой с въглеродни атоми с
хексагонална решетка , обикновено се израства върху мед. т.е. меддта има
свойствата да стимулира израстването на единичен графенов слой върху себе си. И
този вид графен е по- походящ да се използва
като покритие за електро оптични устройства, за всякави сензорни екрани
тъй като той има превъзходни проводящи свойства
и е напълно прозрачен. т.е. може гранически с научната фантастика все още да се
предвиди, че един ден на негова основа могат да се произвеждат сматфони с
дебелината на един лист хартия , които човек след като ги използва може да си
ги сгъне и да си ги прибере в джоба.
Осен , че
наноматералът графен е прозрачен и същевремено електропроводим, учените са открили, че самият той в себе си
притежава постоянен електрически заряд.
Виктор Брагута
доктор на физико математическите науки към Института по физиака на високите енергии в Русия.
В графена ако
прибавим електрическо поле, всшност то се ражда още докато графена се създава във вакуумна среда.
Електронните дупки са тези които създават тока. Даже при температура равна на
нула в отсъствие на заряд в графена съществува ток.
професор Георги
Младенов
Ако има изкривено
място на графена, там това изглежда като магнитно поле , но това е от тия
научните ефекти. Образува се все едно микро локално магнитно поле.
Смята се ,че
литиево йона батерия в комбинация с
графен ще има много по – дълъг живот от
обикновената такава батерия, очакванята
към графена са да измести силиция и в
бъдеще електрониката да бъре изградена
изцяло от този нано материал.
Професор Марин
Господинов
Едно друго много
важно приложение, което в момента конкурира и другите приложения, това е
използването на графена като електрод в йонно литиевите батерии. Това е един от
най големите проблеми в момента , съхранението на енергия.Т“Е. Акумолатори, там вече има изключително бърз
напредък на създаването на йонно литиеви
батреии на основата на графен, който може да бъде направн в разлитните
форми и да бъде поствен в тези елемнти за съхранение на енергия батерии.
- т.е. зарежда по
бързо самата батерия?
-Да и по голям
капацитет на самата батерия може да се осъществи поради малките размери
в конбинация с йонно - литиевите елемнти в една таква батерия.
Петър Петров ЕК
Има ясни
приложения в екраните например , смята се че е е много перспективен от гледна
точна на такива техниологии на бъдещето като гъвкави екрани , електронна хартия
би могъл да има много приложения и в областта на здравеопазването. Едно от
нещата за които се търси решение е да речем произвеждане на изкуствена ретина
по този начин хората, които са с намалено зрение то да бъде възтановено.
професор Георги Младенов
Прозрачноста и
електропроводимостта е много важното …...... За дисплей, за слънчеви елементи ,
въобще прозрачен и проводящ слой е много нужен на много места. Всеки знае ,че
дисплеите са това.
професор Марин
Господинов …
Графена е един
милион пъти по – проводящ от медтта например. Графена има един милион пъти по
голяма възможност за по голяма плътност на тока от медния проводник. Това също
когато се направи един електрод , защто това е с нико съпротивление , единия от
електродите , които извежда тока към
консуматорите на слънчевата енергия, тук графена има много по големи
възможности. И предимство е че той е изключително лек. Един грам
графен може да покрие площ от 2 декара 640 квадратни метра.
доцент Петър
Рафаилов Инситут по физика на твърдотот
тяло към БАН
Той има много
интересни и дори не до край изследвани
свойства като материал с определена
пропускливост, примерно на едни газове да бъдат пропускани, други да бъдат
задържани , затова и казваме менбрани , защото в много производства е нужно да
имаме такива гранични повърхности .
Както
казахме по - рано този нано
материал показва че притежава и огромна
здравина.
Професор Марин
Господинов
Например правят се
опити да се направят тези ветрила на верените генератори , тези ветрила да се направят от
елементи с участието на графен , които понижават изключително много първо
разхода на алуминия и ли тези сплави на алуминия и понижават теглото. Графена е фактически
неотровен с него няма да има никави проблеми с екологията , замърсяване на
средата и така нататък.
професор Георги
Младенов
сравняват го с
каптон , има един такъв материал , който замени титана, най -добър е защотот
може да спре куршум, те понеже са малки пластинките с които разползгат те,
започват да стрелят със стъклени куршумчета .. и се оказва, че 39:51 ако се направи бронежилетка от графин
тя ще бъде много по – добра от всички съществуващи жилетки, защото енергията значи , куршума
освен, че ще почне да минава, много бързо се предава на страни, той се и
разтяга но няма да пропусне куршума,
Заради
необикновената си здравина и еластичност дори може да намери приложение в
строителството. Медицината също възлага големи надежи на графена.
Професор Марин
Господинов
сензори в най
ралзилчни сензори в медицината . Може да се
използва в различни елементи, които се вкарват в човешкия организъм. Там вече
има приложения. Голяма част от фирмите, които произвеждат медицинко оборудване
вече разработват елементи на основата на графен или участието на графен.
Петър Петров Съветник прес и медии в представителството на
ЕК в София
Едно от нещата,
които се търси решение е да речем произвеждане на
изкуствена ретина , по този наин хората, които са с намалено зрение да, може то
да бъде възтановено .
Както вече
споменахме, графенът е най-добрият проводник на електричество. Акумулаторна
батерия направена от такъв материал ще може да се зарежда за рекорно кратко
време. Батерия от графен за клетъчен телефон ще се зареди само за 5 секунди,
батерия за лаптоп за 30 секунди , а електо автомобил ще може да се зареди само за 2 минути. Графенът превъзхожда
металите по прозрачност и също така е по-гъвкав от някои често използвани в
момента материали. Именно прозрачността и гъвкавостта стават все по-търсени
свойства на материалите в съвременната електроника. В допълнение, графеновите
елементи се получават от разтвори, в резултат на което могат да се нанасят и при ниски
температури с помощта на евтини технологии за печат. Заради всички тези свойства на този необикновен нано
материал, за изледванията в близките
десет години от Европейската комисия и
Европейския съюз са предвидиени да се
отделят 1 милиард евро.
Петър петров ЕК
Конкретно за
графена , комисята насърчи създаването на
проекат графен , който е обединение на научно изследователски
институции, университети. Научни лаборатории, които се занимават с изследвания научни на свойствата на графена и също така бизнес организации , чиято цел е
да намерят практически приложения на
този нов натериал в живота.
Петър Петров ЕК..
идеята, че че това
това откритие, което е с епохални размери което е направено в Европа и европа
максимално трябва да се възползва
от него за да може да създаде икономически разтеж и добавена стойност за икономиките на европа. Това е всъшност причината за това ,
да се финасира така добре от програмата за подкрепа на научните изследвания на
ЕС.
Обяснението на
свойства на графена обаче не може да бъде направено чрез общо приетите физични
и химични закони. Оказва се че при нано материалите, какъвто се явава и графена
протичат съвсем различни закономерности и те биха могли да бъдат обяснени само с квантовата
механика и квантовата физика.
професор Георги
Младенов
какво значи
квантови закони започват да работят. Ами започва не само електрона да има заряд
и да пренася заряд, защото той е наелектризиран
и е много малка частица, 2 хиляди по малка от тази на водородното ядро
например. Електрона започва да работи с вълновите си свойства … някога … е
доказал ,че частиците имат и вълнови свойства. Ние сме свикнали да говорим за
частици и вълни и ги считаме за различни неща. Например всеки знае, че звука е
вълна ако застанеш зад едно задние и някой повика ти чуваш , защо чуваш защото
вълната заобикаля ъгъла и не върви само по права линия.
Виктор Брагута
доктор на физико математическите науки към Института по физиака на високите енергии в Русия.
Ако ние се
опитаме да създадем ефективна теория , която описва свойствата на графена , ще
ни е необходимо да приложим квантовата теория на полетата, която казва, че
графена е еквивалентен в определени енергитични диапазони, електроните и
дупките, които се намират на двумерната повърхност, а взаимодействат тези
електрони дупки с тризимерното колоново взаимодействие.
професор Георги
Младенов
Всичко започва да
е различно до сега тока се провежда,
просто местим еклектроните или дупки, което е същото и по този начин минава ток през един полу
проводник и това е бързината.
….
Виктор Брагута
доктор на физико математическите науки към Института по физиака на високите енергии в Русия.
Графена е такъв
материал, който може да бъде изучен само благодарение на квантовата теория на
ефектите и квантовата теория на полетата неговите електрони са безмасови. За да
създадем и да изучим иначе таквиа безмасови електони е
необходимо да се създадат много мощни устновки , които да използват огромна
енергия за да изучат безмасовия
електрон. Това е електорн с такава
енергия, която е много по – голяма от – неговата маса. Те се движат толкова
бързо, че масата им пратически не може да се установи, тя изчезва. За да се
създаде такъв електрон който да се движи с така скорост е необходима огромна
енергия, а ето че графена е такъв материал за който не е необходимо да се създава такава скъпа апаратура. Получава се ,че
там вече има наличие на точно такива безмасови електрони .
професор Георги Младенов
Има един парадокс на Клейн , който пък е много уникален. Там просто
нещо като ускурител става . Електроните не срещат съпротивление . В обикновения
метал какво става . Върви удря се. Пак върви и пак се
удря , сблъсква се и това е движението
му. Тука имаме едно балестично преминаване , също като
хвърлиш камък и той лети като чели е
свободно падащо тяло. Тука се оказва ,че той лети по тези определени
направления без съпротивление и
теоритиците са пресмтнали,че при големи
енергии, там диспесията, разпространението е такова, че просто отблъскване няма
. Там има други парадокси. Той преминава през тунела , през стена минава. Тунелното
преминаване е това. Електрона върви
през стената и може да се окаже оттам.а
тука е още по – голяма вероятността за преминаване през такива стени.
Вече е окрито че
електроните на графена преминаващи по оптично влакно се държат почти както светлината,
Откритието може да помогне при
създаването на принципно нов вид електроника с почти нулева топлопроводимост.
Открито е и че графена може да се използва за производство на електрически ток .
професор Георги
Младенов
той може да бъде
протонна менбрана , сигурно сте чували за горивни клетки , топлинни или горивни
клетки , който вместо да гориш бензина
или метан. Водород преминава през такива слоеве и се получава
електричество, и имаш електростанция, която не бучи не гърми , само се пуска от
едната страна водород или метан от
другата страна излиза енергия
Или пък литиевата
батерия имат електроди и по средата има
една менбрана, която трявба да пропуска само
протони , за съжаление тя пропуска малко и водород и това намалява КПД-то
- Графина е
идеалната такава менбрана защото пропуска само протони.
Казаното до тук показва, че графена наистина е наноматеряла на бъдещето. Най - гомемите компании производители на електроника и микро електроника и компютърни технологии в цял свят вече са започнали да инвестират в графена и да го произвеждат. България също има възможност да развие своята икономика имено благодарене на графена, за целта нашите учени обаче първо трябва да разполагат с необходимата техника за да изучат до край свойствата му, а от там отново да се развие електронната ни и микроелектронната ни индустрия, която преди около 20 години спря своето развитие. Въпреки, че парите за наука, които се оттделят от държавния ни бюджет са нищожни, българските учени продължават да работят и да експериментирам и с допотопната техника с която раполагат.
Няма коментари:
Публикуване на коментар