В 2010 году научный мир признал выдающееся открытие: британские ученые российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике. Награда была присуждена за революционные эксперименты с графеном — двумерным материалом, который открыл новую эру в материаловедении. С тех пор исследования его уникальных свойств не прекращаются, а сфера практического применения постоянно расширяется, захватывая самые неожиданные области.
Сегодня графен уже используется при создании высокочувствительных газовых сенсоров, элементов гибкой электроники и эффективных мембран для очистки воды. Его потенциал простирается от передовой медицины и биотехнологий до инноваций в строительстве и энергетике, демонстрируя поистине универсальный характер.
Уникальные свойства графена
Что же делает графен таким особенным? По своей сути, это двумерный аллотроп углерода, представляющий собой слой графита толщиной всего в один атом. Его структура напоминает идеальную пчелиную соту, где атомы углерода образуют прочную гексагональную решетку. Такое строение наделяет материал невероятными характеристиками: он исключительно гибкий, невероятно тонкий, обладает высокой прочностью и при этом прозрачен на 97%, что открывает возможности для создания прозрачных проводящих покрытий.
Неожиданный источник: от пищевых отходов до графена
Одним из самых удивительных направлений исследований стал поиск новых, доступных способов получения графена. Ученые из Университета Райса провели серию экспериментов, в ходе которых с помощью лазерного излучения превращали в графен различные углеродсодержащие материалы. Первые успехи были достигнуты еще в 2014 году с полиимидной пленкой.
В новых опытах исследователи доказали, что для этой цели подходят органические материалы с высоким содержанием лигнина — природного полимера, содержащегося в клеточных стенках растений. Ученые успешно преобразовали в графен скорлупу кокосовых орехов, картофельную кожуру и пробку. Изучив механизм, они выяснили, что первое лазерное облучение превращает материал в аморфный углерод, а последующая тонкая настройка процесса позволяет создавать графеновые узоры на самых обычных поверхностях: ткани, бумаге и даже на кусочке хлеба, открывая путь к печати гибкой электроники на повседневных предметах.
Умные материалы: графен для безопасности
Другое перспективное применение графена связано с повышением безопасности. В 2018 году группа китайских химиков представила инновационные огнеупорные обои, оснащенные датчиками на основе оксида графена, способными предупреждать о возгорании.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
Основу обоев составил неорганический и негорючий гидроксиапатит, чьи волокна, организованные в сложные решетки, придают материалу прочность и устойчивость к открытому пламени.Ключевым усовершенствованием стала особая чувствительность графеновых сенсоров. Исследователи покрыли их поверхность молекулами полидопамина, что значительно снизило порог срабатывания. Если обычные датчики активировались при 250 °C, то модифицированные начинали реагировать уже при 130 °C, причем время отклика составляло всего две секунды, что критически важно для раннего обнаружения пожара.
Тончайшие инструменты: графен в нанотехнологиях
Графен нашел применение и в создании прецизионных инструментов для манипуляций на молекулярном уровне. Американские химики разработали нанозонд на его основе, функционирующий как своеобразный «пинцет» для отдельных молекул. Принцип работы устройства основан на диэлектрофорезе — движении поляризованных частиц в жидкости под действием неоднородного электрического поля, которое создается краями графеновой структуры при подаче напряжения.
Этот инструмент продемонстрировал почти стопроцентную эффективность в захвате и управлении наночастицами и биологическими макромолекулами, такими как ДНК. Такая технология открывает новые горизонты в биологических исследованиях, наномедицине и сборке молекулярных устройств.
Стремительное развитие технологий на основе графена заставляет задуматься: где проходит грань между современной наукой и научной фантастикой? Материал, за изучение которого дали Нобелевскую премию, сегодня можно получить из кожуры картофеля, а завтра он может стать частью «умного» дома или инструментом для редактирования жизни. Реальность порой оказывается удивительнее вымысла.
[Автор: Научный ЖЕСТ ??]
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: В 2010 году британские учёные Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию за «новаторские эксперименты.