Графен може змінити наш світ: 9 цікавих наукових ідей

Графен називають надматеріалом: він дуже міцний, тонкий і є одним із найбільш корисних матеріалів у світі, його відкриття подібно до тих, які викликають технологічну революцію. Ось деякі з найбільш вражаючих можливостей графену.

Структура графену — це шар атомів вуглецю товщиною в один атом. Він у 200 разів міцніший за сталь і має високу гнучкість при навантаженні.

Його було вперше виявлено дослідниками у 2004 році, і з того часу список патентів, пов'язаних із графеном, із кожним роком значно зростав. Можливо, зовсім скоро цей суперматеріал породить технологічну революцію, яка дійсно зможе змінити світ.

Представляємо вам 9 цікавих ідей, реалізації яких ми з нетерпінням очікуємо.

Паливо з повітря

Ті ж дослідники, які виграли Нобелівську премію за відкриття графену, довели, що його можна використовувати для мобільних електрогенераторів на основі водню, що виділяється з повітря. Команда Андре Гейма із Манчестерського університету виявила, що хоча графен непроникний навіть для найменших атомів, його можна використовувати в якості «сита» для атомів водню, які не мають електронів.

Це означає, що плівки графену можуть використовуватися для значного підвищення ефективності протонпровідних мембран, які є важливими компонентами технології паливних елементів. Можливо, в майбутньому автомобілям для руху буде достатньо невеликої кількості водню з навколишнього повітря.

«По суті, ви берете паливо з атмосфери і отримувати електрику», — каже Гейм.

Опріснення і очищення води

Графен може допомогти із вирішенням світової водної кризи. Мембрани, зроблені із графену, досить великі, щоб пропускати воду, але вони можуть фільтрувати сіль. Іншими словами, графен може революціонізувати технологію опріснення води.

Дослідники Массачусетського технологічного інституту виявили, що водопроникність цього матеріалу на кілька порядків вища, ніж у звичайних мембран зворотного осмосу, і що нанопористий графен може відігравати цінну роль у очищенні води.

Графен виявився дуже ефективним для фільтрації води. Із Сіднейської гавані було взято зразки. Вони стали безпечними для пиття після того, як були всього один раз пропущені через графеновий фільтр.

«Ця технологія допоможе отримати чисту питну воду в один крок, незалежно від того, наскільки попередня вода брудна, — сказав учений Донг Хан Сео. — Усе, що для цього потрібно, — тепло, графен, мембранний фільтр і невеликий водяний насос. Ми сподіваємося почати польові випробування серед співтовариства країн, що розвиваються, наступного року».

Електроніка

Сьогодні в електронних пристроях в якості ключового компонента використовується кремній. Але зі зменшенням розміру транзисторів із кремнію швидкість пристроїв буде знижуватися. Рішенням цієї проблеми може бути ультратонкий графен. Можливо, незабаром він замінить кремній в електронних пристроях, набагато збільшивши їхню швидкодію.

Графен також дозволить створювати надтонкі гнучкі сенсорні екрани, які буде практично неможливо розбити.

У 2018 році дослідники з Массачусетського технологічного інституту і Гарвардського університету виявили, що графен може мати ще більш чудові електронні властивості. Його можна налаштувати так, щоб він працював як діелектрик і надпровідник. Іншими словами, один і той же матеріал може або не проводити електричний струм, або проводити його без опору.

Зір хижака

У класичному науково-фантастичному фільмі «Хижак» є інопланетний вбивця, який має здатність бачити світ у інфрачервоному діапазоні. Тепер, завдяки графену, кожен бажаючий також зможе мати «зір хижака». Дослідники з Мічиганського університету розробили графенову контактну лінзу, за допомогою якої її власник зможе бачити весь інфрачервоний спектр, а також видиме і ультрафіолетове світло.

Графен — перспективний матеріал для тепловізійних фотоприймачів.

«Якщо ми з'єднаємо графен із контактними лінзами або іншою переносною електронікою, це розширить можливості бачення, — каже Чжаохуй Чжун, один із дослідників, що розробляють технологію. — Це буде новий спосіб взаємодії із середовищем».

Світ без іржі

Графен може стати найменш токсичним варіантом захисту від іржі, на відміну від деяких існуючих засобів.

Завдяки тому, що графен практично непроникний, в майбутньому може з'явитися фарба на його основі, яка допоможе назавжди позбутися від корозії та іржі. Дослідження показали, що скляний посуд або мідні пластини, покриті графеновою фарбою, можуть використовуватися в якості контейнерів для корозійних кислот.

Сяючі шпалери

Сяючі стіни незабаром зможуть замінити лампочки завдяки новій технології на основі графену: її застосування зробить дисплеї набагато тоншими, ніж вони коли-небудь були. Такі шпалери зможуть забезпечувати більш приємне і регульоване освітлення, а також можуть бути енергоефективнішими за лампочки.

Біонічні люди

Дослідження графену на даний час призводять до експериментів, в яких електроніка може інтегруватися з біологічними системами людини. Тому незабаром можна буде імплантувати в тіло графенові гаджети, які зможуть «читати» нервову систему або «розмовляти» із клітинами.

Це відкриття може призвести до прориву в медичній науці, допомагаючи лікарям контролювати тіло або навіть коригувати біологічні системи. Дана технологія також може допомогти любителям фітнесу відстежувати і контролювати тренування.

Безпечна фарба для волосся

Графен може стати безпечнішою альтернативою токсичним барвникам для волосся. У 2018 році дослідники з Північно-західного університету повідомили, що графен не тільки відповідає характеристикам барвників для волосся, але і не потребує будь-яких органічних розчинників або токсичних молекулярних інгредієнтів. Крім того, він має кращі антибактеріальні, антистатичні і тепловідвідні властивості.

Дослідники наносили графеново-оксидний гель на світле людське волосся і давали йому висохнути протягом 10 хвилин. Пасма волосся покривали плівкою графену товщиною всього 2 мікрона (мікрометра), яка, як повідомляється, не змивалася навіть після 30 промивок. Автори вважають, що антистатичні властивості графену можуть принести додаткові естетичні переваги, до того ж покриття не завдасть шкоди волоссю та здоров'ю.

На фотографії нижче зображено світле волосся до (зліва) і після (праворуч) фарбування пігментом на основі графену.

Куленепробивна броня

Тонкий та міцний графен планують використовувати для створення поліпшених куленепробивних жилетів. Дослідники виявили, що листи графену у 2 рази міцніші, ніж кевлар — матеріал, що часто використовується в куленепробивних жилетах. Крім того, графен є надлегким і тому не обмежує рухи.

Графен може також використовуватися в інших куленепробивних поверхнях, таких як вікна та ін.