Графен

Графен — уникальный материал, хлопья графита толщиной в атом. В наш век, когда любое уникальное вещество быстро находит десятки применений в разных областях, на графен сразу обратили самое пристальное внимание. Авторы метода получения графена стали лауреатами Нобелевской премии, а их статья вошла в сотню самых цитируемых статей в истории.

Обыватель немного знает о графене, но благодаря множеству баек о скотче он твердо знает что получить его несложно. Нужно просто взять кусок графита, оторвать несколько чешуек скотчем и затем слеплять и разлеплять скотч, пока чешуйки не расслоятся до толщины в атом. Естественно такой простой способ прославиться неизбежно привлекает внимание попаданца.

К сожалению, не все так просто. Прежде всего попаданцу надо будет достать не обычный графит из карандашей, а высокоорентированный пиролитический. Его получают отжигом при 3300 К, так что изготовить его на кухне вряд ли получится.

Полученные одноатомные пленки имели размер в сотую миллиметра — т.е. при работе с ними не обойтись без хорошего микроскопа. Разница в прозрачности у одно- и двухатомной пленки — проценты. Опытный экспериментатор определяет разницу на глаз, но сколько времени уйдет на обучение у попаданца?

И наконец, попаданцу придется доказать что он действительно получил графен, проведя эксперименты по определению тепловой и электрической проводимости, прочности и других свойств. Опыты с кусочками вещества, которые без микроскопа и не увидишь.

В общем ситуация напоминает о проблемах с получением пенницилина — и графен и пенницилин можно назвать «ложными друзьями попаданца».

42 комментария Графен

  • drol

    А будет ли применение в 40-60 гг 20в? Температура уже не проблема и микроскопы вполне себе есть. На худой конец можно предложить вкупе конструкцию электронных и сканирующих микроскопов.

    Автор, статья — халтура. И ежу понятно, что современные нанотехнологии не для попаданца. А для обзорной — слишком короткая.

    • Йож

      Попаданец может накинуть идею присмотреться к углероду. Это вполне попаданская идея.
      В практически применимое он это превратить сам не сможет, но вот породить огромный интерес у науки и индустрии раньше на полсотни лет — это вполне.
      Гонорар взять репутацией. 🙂

      Вообще, в нанотехнологии много более чем попаданских идей — те же фотонные кристаллы и метаматериалы вообще.

    • Nikotin

      статья немного отдает идиотизмом, теоретическое обоснование свойств графена произошло в первой половине 20-го века, отсюда и интерес к исследованию этого материала. Проблема была в том, что никто не мог получить образец для практического исследования, попаданческий прорыв Новоселова в том, что он догадался использовать «мусорный» способ на коленке для получения образца для исследований, хотя кроме этой простой догадки пришлось достаточно попотеть над принципом подложки из диэлектрика, для стабилизации образца. Попаданческий потенциал, есть только в том случае, если попаданец хотя бы студент физик в послевоенное время, что даст возможность получить нобелевку и статус.
      Сутьв чем, был теоретически предсказан материал с офигенными свойствами,проверить которые никто не мог, так как используя самое навороченное оборудование его не могли получить, был придуман простой способ получения образца, но это лабораторный способ, как и аллюминий в начале 19-го века, сейчас идут исследлвания как получать все это дешево и в промышленных масштабах.

  • molibden

    А задачи то есть? По моему даже сейчас для него нет особого применения. Просто показать что так можно? Ну где то в 30-40вх годах это будет иметь смысл. Вряд ли раньше.
    А с пенициллином его не нужно сравнивать. Пенициллин одна из тех вещей что позволит спасти миллионы жизней даже если будет внедрена в начале прошлого века (до ПМВ). Одно это позволит вписать имя попаданца золотившими буквами во все книги по истории фармакологии. А учитывая что попаданц-фармаколог (боюсь у остальных не будет нужной квалификации ) внедрит не только пенициллин то его будут изучать во всех школах.
    И чем раньше будут открыты такие медицинские вещи как прививки (нет только против оспы), гигиена, наркоз и полноценная хирургия, антибиотики тем лучше для всего человечества в целом. Такие знания никогда не будут утеряны из за их важности. И это вполне нормальная цель всей жизни для попаданца.

    • Йож

      ?!
      Применений ему МАССА. Его производить толком не умеют, дорого выходит, а материал — офигительный.

      В первую очередь из-за своей исключительной (для не-сверхпроводников) проводимости (анизотропной, да, но и это местами в плюс). Везде, где нужен высококачественный сверхтонкий проводник, можно использовать графен. Прозрачные контакты для солнечных батарей и ЖК-индикаторов всех видов, электронной бумаги — тут графен применим уже с сегодняшними стоимостью и качеством как замена оксидам олова/индия.
      Если графен станет дешёвым и качественным, то он может заменить вообще все проводники. Углерод дешевле меди, а его удельная (на кг) проводимость в десятки раз выше. Удельная проводимость на мм2 — в разы выше. Для электродвигателей и генераторов, где мощность зависит от плотности тока как квадрат это прорыв в новое измерение. Рывок, как с изобретением неодимовых магнитов, только больше количественно и дающий новое качество: электротрансмиссия стала бы во многих случаях легче(!) и дешевле механики. Это совершенно другая степень свободы при проектировании транспорта всех видов (да и вообще машин). Даже только это частное применение могло бы изменить мир.
      Скажем, если заменить алюминий на углерод в изолированных самонесущих кабелях воздушных ЛЭП, получим для тех же ЛЭП снижение в десяток(!!!) раз цены установленной мощности. Уже только это, опять же, меняет все расклады в энергетике.

      Короче, с графеном пока плохо одно: нет производства — нет применений, для нас пока это в значительной степени теория. Примерно как выкладывание атомами золота букв «IBM» в 1986-м не означало, что теперь мы можем делать микросхемы по 0.1нм техпроцессу.

      • dan14444

        Графен в качестве проводника — это как углеродные нанотрубки в качестве волокон (да и проводников тож). Теоретически любопытно, практически — пока шиш. И будет ли иначе — никто не знает. В отличие от пенициллина, про который известно, что изобретателю золотой памятник — это самое меньшее 🙂

      • molibden

        Все эти применения сугубо теоретические. Тут уже приводился пример с антиматерией. К тому же мы не знаем с какими техническими трудностями мы столкнемся в процессе реализации. А попаданцу ни одно из этих применений не нужно. Там и без графена поле не пахано. И опять же мы даже сейчас не умеем его толком получать что уж говорить хотя бы о 20 веке. Единственное зачем попаданцу могут потребоваться знания о грфене это для получения нобелевской премии. Да и не факт что дадут. Ну и пилить баболо и гранты. Но у нас вроде попаданец-прогрессор а не попаданец-вредитель 😉

        • vashu1

          // у нас вроде попаданец-прогрессор а не попаданец-вредитель

          Подкидывание нагличанам тупиковых идей есть неотъемлемая часть попадановедения

  • kraz

    На самом деле одно применение есть.
    Если попаданец где-то во времени начиная с Первой Мировой полезет в науку… то если не нобелевку, но известность на этом получить можно.
    Единственное — желательно открывать после 1932 года, когда появился электронный микроскоп.

    P.S. А вот интересно — если бы графен был известен с 30-х годов, то смогли бы к текущему времени его серьезно применить? Или он, наоборот, затормозил бы технологии, отвлекая на себя те силы, которые в нашем мире внедряли другие методы?

    • Руслан Семёнов

      «А вот интересно — если бы графен был известен с 30-х годов, то смогли бы к текущему времени его серьезно применить? Или он, наоборот, затормозил бы технологии, отвлекая на себя те силы, которые в нашем мире внедряли другие методы?»(ц)
      Если попаданец знает о возможностях металло-графеновых композитов, то он сможет изменить металлургию до неузнаваемости!
      http://www.vesti.ru/doc.html?id=1123066&cid=2161
      А это в потенциале совершенно другая ракетная техника и судостроение!

    • Йож

      Пока неизвестно, существует ли достаточно эффективный способ его получения, не требующий гиперглюкирующих офигулин на ториевом реакторе. Поэтому невозможно ответить на вопрос «возможно ли массовое применение графена в альтернативной реальности сто лет назад?».

      Но обнаружение графена почти гарантированно ведёт к теоретическому интересу к другим нетривиальным формам углерода — фуллеренам и нанотрубкам. А вот тут уже известно, что (относительно) низкотехнологичные способы есть, и применений материалам много. Композиты — это сейчас «модное слово», а вообще мысль намешивать разные наполнители в эпоксидку очень старая. Эпоксидка с одностеночными нанотрубками — это таки прорыв.
      Вряд ли попаданец сможет возглавить эту революцию, но он может породить лавину.

      Мир может стать совсем иным.

      Как пример — ламповая техника на автоэмиссии. Мы могли бы свернуть на ветку развития, где массовые полупроводники появились бы гораздо позже из-за невозможности соперничать с развитой вакуумной электроникой. Не факт, что это хорошо, но вот вполне возможно.

      • dan14444

        > Эпоксидка с одностеночными нанотрубками — это таки прорыв.

        И в чём энтот прорыв заключается? Учитывая, что цена конская, а адгезия к матрице — дерьмовая? Те же древние как дерьмо мамонта углеродные усы — можно и поверхностно модифицировать, и ориентировать их намного проще… Не говоря про металлические усы, кварцевые волокна и т.д.
        Да банальная копеечная наноцеллюлоза — за счёт несравнимо лучшей адгезии может у пресловутых трубок выигрывать.
        Так что тема интересная «в перспективе», но одна из многих, и не факт что будет практический результат.
        И это сейчас!
        А для попаданца всё это на мой взгляд — полный шлак, с практической точки зрения.

        • Йож

          Цена есть сейчас уже функция от масштабов производства. Про себестоимость трубок OCSiAl много хорошего слышал.
          Что тут важно для попаданца: там нет хайтека, чего-то такого, что только сейчас смогли технологически.

          • dan14444

            Цены на сайте у них действительно вменяемые, хотя даже так — материал полмиллиона за кг не так чтобы много где был нужен… учитывая дерьмовую по определению адгезию.

            Насчёт реально ли они одностеночные, и шо там за морфология — отдельный интересный вопрос, при случае закажу пробник и в мелкоскоп засуну, любопытства из…

            Насчёт «нет хайтека» — нифига подобного. Характеризовать как? Только ЕМ. А без характеризации — производство невозможно, хоть десять технологических карт в клюве притащи.

  • Руслан Семёнов

    Исследователи из Тринити-колледжа в Дублине придумали способ получения больших количеств графена. Для этого нужен графит, стабилизирующий состав и блендер.
    Конечно, графен, полученный таким способом, имеет мало общего с листами графена размерами с полупроводниковую пластину, которые выращиваются для использования в высокопроизводительной электронике Samsung, IBM и других компаний. Когда речь идет о производстве графена, приходится выбирать — качество или количество. Но и мелкие хлопья графита, которые отслаиваются от зерен графита при перемешивании а затем отделяются центрифугированием, тоже найдут себе применение. Коллоидные растворы, содержащие такие хлопья, могут быть использованы при производстве печатной электроники или проводящих покрытий. Сами хлопья могут входить в состав композиционных материалов, улучшая их механические, электрические или термические характеристики.
    Если вы попытаетесь повторить это дома, — пишет руководитель исследовательской группы Джонатан Коулман, — вы можете использовать [в качестве стабилизирующего состава] бытовые ПАВ (например, жидкость для мытья посуды).
    http://www.popmech.ru/technologies/15857-kak-izgotovit-grafen-pri-pomoshchi-blendera/#full

    https://www.youtube.com/watch?v=9ef5JPdOhrg

    • vashu1

      Тут вроде пиролитический не нужен, но размер чешуек — сотни нанометров. Доказать что это графен становится в разы сложнее.

  • dan14444

    Действительно, халтура.. 🙁

    И ничего общего с пенициллином — практических применений у графена нет до сих пор. И не предвидится.

    ВОПГ для его получения необязателен — можно из карборунда делать. Если не ошибаюсь, первое получение (без характеризации, ессно) — 19й век.

    Микроскоп «32 года» для графеновой темы бесполезен абсолютно.

    До появления HRTEM/STM/AFM графен бесполезен, после — ну некий любопытный артефакт, с ограниченной теоретической значимостью.

    • kraz

      >>практических применений у графена нет до сих пор. И не предвидится

      Вот как раз предвидится, но… ну нет среди нас попаданца из будущего, который показал бы путь! 😀

    • Руслан Семёнов

      «практических применений у графена нет до сих пор. И не предвидится.»(ц)

      А производство деталей не нуждающихся в смазке — подшипники, шестерни и тп?
      Металло-графеновые композиции в порошковой металлургии, да за такое достижение технологи будут вас в задницу каждое утро целовать, с графеном главный затык в получении его в количествах необходимых для промышленности, а уж как применить полученное найдут!

      • dan14444

        Да ну? И хде оно, такое красивое?

        Пока у графена применение одно — грантописательство 🙂

        «Не нуждающееся в смазке» — это на мономолеклярном слое? Я тоже такую траву хочу! 🙂 Мечтайте лучше о фуллереновой смазке, всё дольше проживёт, и гранты ещё дают :). А вот графитовая — под неё не дают, она ж работает 🙂

        «Порошковая металлургия» — и где принципиальное преимущество перед сажей, усами или пресловутыми нанотрубками? Не «может быть», а с примерами?
        И, на минуточку, применение — подразумевает адекватную доступность. Иначе — «если б мишки были пчёлами»… Вот на антивеществе можно такие замечательные реакторы делать… одна беда — неполнятно, где его добыть :).

        • Руслан Семёнов

          «Не нуждающееся в смазке» — это на мономолеклярном слое? Я тоже такую траву хочу!»(ц)
          Не совсем вас понял? Вообще-то это не так сложно как кажется! Металло-графитовые композиции используют в производстве уже с советских времён и именно потому используют что изделия созданные из таких композиций не нуждаются в смазке!
          Например можете посмотреть тут:
          http://www.youtube.com/watch?v=957FFmGWTXw
          С пятой минуты как раз про это, а если посмотрите с самого начала, то увидите как именно получают такие порошковые композиции, никакого хайтека!
          Замените в металло-графитовой композиции графит на графен и всё!
          Повторюсь — как именно применять графен не вопрос, вопрос как его дёшево получить?
          Графен в количествах это прорыв в другой мир прочности и зиносостойкости металлов!
          Например тут:
          http://gearmix.ru/archives/4842
          Вариантов применения графена море!

        • Йож

          Вообще-то, OLED и ЖК с графеном — уже массовый продукт.
          Индий подорожал, знаете ли. Что ещё хуже — его мало, много меньше обозримых потребностей.

          • dan14444

            Пока на рынке не замечал. Но да, это видимо первое в списке потенциально применимого. В отличие от смазок и металлургии.

        • Alex Besogonov

          Ну вообще-то, графен уже с этого года будут применять в OLED-дисплеях массово. Причём именно графен, не графит. Сейчас у Самсунга строятся промышленные линии для этого.

          Такая тихая незаметная революция с заменой ITO (оксид индия-олова), который очень нетехнологично сочетается с органикой.

          • dan14444

            Так себе революция… Ну поменяют один тип LED-дисплеев на другой, чуть лучше и/или дешевле… и чого? Таких революций — пятачок за пучёк. Даже переход с трубок на ЖК революцией я бы не называл, а там шаг куда больше был.
            В общем, мелкое технологическое усовершенствование, которое ещё неизвестно — приживётся ли… И уж точно в нынешнем виде бесполезное попаданцу.

            • dimav

              ну да. трубка — это здоровая тяжелая фигня с потреблением под сотню ватт, с кучей тяжелых деталей. с высоковольтными узлами. с регулярно уплывающими характеристиками. боящееся вибрации и магнитых полей и черт знает чего еще
              vs легкое плоское низковольтное не требующее настройки решение.
              которое можно запихать хоть во влажную среду хоть во взрывоопастную.
              не забываем о том что тормозящийся поток частиц вызвает переизлучение.

              • dan14444

                Ранние ЖК vs трубок — это как кристадин vs ламп :). На революцию не тянуло. Для десктопов — до сих пор выигрыш неочевиден по некоторым параметрам.
                Но со временем допилили, и в сочетании с несколькими другими технологиями — вылилось в лаптопы, планшеты, смартфоны… И вот это уже — было новым качеством, вполне революционным.
                И, кстати, не ЖК едиными живы плоские дисплеи 🙂

                • dimav

                  да бог с ними с десктопами. это ниишевой продукт. ну как поезда. в приципе бегали бы и на пару а не на двс.
                  тоесть двс не ревоюция.
                  но
                  двс можно поставить в автомтбиль. в велосипед. и даже на самолет. поэтому двс — революция.
                  так и жн
                  жк можно ставить в станки и датчики. вешать на стены. ставить в часы. и таки да — телефоны смартфоны навигаторы и планшеты. которые породили новую реальность и новые возможности.

                  • DIMFIRE

                    Большая часть перечисленного-смартфоны, навигаторы, планшеты-являются детищем общества потребления и до полного удовлетворения базовых потребностей (произошедшего хоть где то в 50-х годах 20-го века) востребовано не будет. Станки и датчики из списка тоже выкидываем, там в подавляющем большинстве случаев хватает светодиодной индикации, а экраны лепят как следствие их нынешней дешевизны но никак не необходимости.

                    Проскочить прямой парус и сразу перейти на косые имеет смысл, имеет смысл проскочить искру и кристаллы сразу перейдя на дугу и лампы, а вот с пропуском электронно-лучевых приборов несколько сомнительно, ведь к ним относятся не только телевизионные кинескопы но рентген с радарами и прочими осциллографами.

                    • dimav

                      понятно. человек никогда срочно не пытался найти чегото в незнакомом городе. никогда не пытался cловами обяснить по телефону что он видит и куда надо идти. точно знает что станкам не нужна развернутая диагностика и управление. часы можно делать и мехнические а считать надо в голове.

                      сколько бы отдали во вторую мировую за возможность сложить (всю карту) с детализацией до хотя бы 100м в один планшет?

                      и заметьте я не предлагал выкидывать всю лучевую электронику.

                      btw а радар то тут причем?

                    • DlMFlRE

                      «понятно. человек никогда срочно не пытался найти чегото в незнакомом городе. никогда не пытался cловами обяснить по телефону что он видит и куда надо идти. »

                      Быдлотуризм «приехал непонятно куда без подготовки» опять же явление новое, до современного «мира без границ» перед поездкой в незнакомые города или тщательно готовились или нанимали тех, кто будет готовиться за тебя. Были конечно и критические случаи, например гитлеровская германия для евреев, но там уже не до компов было, а кому до компов те опять же подготовились и свалили заранее.

                      «точно знает что станкам не нужна развернутая диагностика и управление. часы можно делать и мехнические а считать надо в голове.»

                      Надо думать до запуска в производство дешевых жк-дисплеев станки работали без диагностики и профилактики, вплоть до поломки. И более того-диагностика проводится самими дисплеями, а не внутренней начинкой.
                      На самом деле для сигнализации работает/не работает при прочих равных достаточно всего одного диода, способного выдать последовательность коротких и длинных сигналов. По этому же принципу до недавних пор работали компьютерные спикеры, снятые исключительно из за окончательного отупения пользователей компов. Вот только не способных осилить инструкцию идиотов пускать за станок себе дороже.

                      Даже сейчас абсолютному большинству людей часы на каждой стене не нужны, а значительная часть оставшихся предпочитает наручную механику. А уж пару поколений назад зачастую было достаточно заводского гудка.

                      «сколько бы отдали во вторую мировую за возможность сложить (всю карту) с детализацией до хотя бы 100м в один планшет?»

                      Нисколько. Простым солдатам и офицерам такое нафиг не сдалось, а у десятка штабных генералов для таскания карт найдётся специальный человек. При этом бумажная карта не требует перезарядки, не сопоставимо дешевле и способна переносить условия, в которых обычный(не защищённый за многаденег) планшет загнётся за считанные часы.

                      «и заметьте я не предлагал выкидывать всю лучевую электронику.»
                      Если не выкидывать лучевую то как пересадить на жк? Как и в реаьности только рекламой «жк круто, элт лохи»

                      «btw а радар то тут причем?»

                      Гуглить по «radar display». Цифровая начинка, способная перевести сигнал в подходящую для жк-дисплеев форму в радаре вещь относительно недавняя, простейшие радары обходились опять же без сложной цифровой техники и были чуть ли не аналоговыми, проецируя картинку на специально подогнанный но вполне традиционный кинескоп простейшим методом развёртки(разве что строки располагались по кругу а не сверху вниз).

    • dimav

      угу. статья на которую ссылается kraz это 2004 год.
      возмем чтонибудь провереное временем. например фооэффект. 1839 год — открытие. 1905 всеобъемлющее теоретическое обяснение.
      когда началось массовое применение?

      ладно это физическое явление. возмем материал.

      алюминий.
      получен аж в 1825 году.
      «промышленное» производство толи середина толи конец 19 века. тонн так 200-300 суммарно. что там с применением алюминия в начале 20века? (75 лет уже прошло)
      а практически
      _никак_

      • kraz

        Алюминий впервые получил Эрстед. И это получение легло в копилку с кучей других открытий и как результат — мировая известность и гигантский авторитет Эрстеда. Вполне годный путь для попаданца, такой авторитет позволяет запустить мнооооогие проекты.

        • dimav

          У Новоселова тоже авторитет ныне немалый. я отвечал на пост в духе «а деньги где» ну то есть где применение.
          в компанию к алюминию. кристаллический кремний. середина 19 века. массовое и «понятное» применение вторая половина-третья четверть 20 века. так что с требованиями «покажите мне практическое применение графена кроме грантоедного» надо бы повременить если не 100 лет то хотя бы 20.

          • dan14444

            Абсолютно верно, применение будет лет через 20-100. Или не будет, что более вероятно (синдром выжившего тут процветает).

            Что и приводит к недоумению относительно статьи — а при чём тут попаданцы? 🙂

          • kraz

            А я как раз не спорил по поводу 20 лет, я говорил именно о научном авторитете.

  • dan14444

    > Металло-графитовые композиции

    И при чём тут графен?

    > Замените в металло-графитовой композиции графит на графен и всё!

    Зачем? 🙂

    > Повторюсь — как именно применять графен не вопрос, вопрос как его дёшево получить?

    Повторюсь: «применение — подразумевает адекватную доступность. … на антивеществе можно такие замечательные реакторы делать… одна беда — неполнятно, где его добыть :).»

    Иными словами, «зъисть то он зъисть, та хто ж ему дасть?!» 🙂

    И ещё, к вопросу о получении: графит — это и есть кусок плотно упакованного графена. 🙂
    Иными словами — ну вот сделал я тоннажный метод распушения графита в графен, ну допустим электростатикой или интеркаляцией. Получил херову гору нестабильных плёночек, схлопывающихся в сажу под собственным весом. Да ещё и пирофорных/взрывоопасных. Как с ними работать в упомянутой металлургии, шестерёнках, подшипниках, э?… И ЗАЧЕМ??? 🙂

    Если и будут у графена применения, то точно не в этих областях 🙂

  • Taras

    Графен мог быть получен в позапрошлом веке. Но тогда ни кому в голову не пришло, что это особый материал и ни кто не мог ни изучить его, ни придумать применение. Да и та технология, которую описали первооткрывтели, не то что попаданческая, а вообще «наколенная». Был бы графит, а отделить от него нанослой сможет любой кустарь. Только без какого либо толку.

  • // Новый метод позволил за 4 часа сделать ленту графена шириной в 1 сантиметр и длиной в 10 метров.

    https://geektimes.ru/post/300179/

  • Taras

    Графен был известен с тех пор, как изучили структуру графита. Просто его не считали отдельным материалом и кроме карандашной линии на бумаге ничего из него сделать не пытались. И только когда поняли, что размерность материала влияет на его свойства, тогда и начали искать хотя бы способы получения двумерных материалов толщиной в один атом. До того, как это было понято, на графен вообще не обращали внимания. И даже после первых лабораторных исследований применений как-то не нашлось, нашлись только планы дальнейших исследований на тему «какую технологию обработки графена можно будет применить в будущем, чтоб сделать из него хоть что-то полезное». И только когда одно из них увенчалось хоть каким-то успехом, у графена нашлось первое применение. Да и то кремний вытесняться не спешит. Мало того, некоторые о силицене замечтали. Причём, как о конкуренте графена, с помощью которого можно будет вытеснить графен обратно в лаборатории.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>