Стоимость фотоэлементов можно уменьшить благодаря использованию 3d-графена

Несколько способов применения графена, которые изменят вашу жизнь

Антон Чепур

Он сильный, он пластичный, он уже здесь. После весьма продолжительных исследований в лабораторных условиях первые продукты на основе графена начинают появляться в мире смартфонов, аккумуляторов, транзисторов, спортивной экипировки, виртуальной реальности и даже суперкаров. По мнению некоторых людей, этот материал на Землю «занесли» инопланетные пришельцы много тысяч лет назад.

Да, это звучит немного неправдоподобно, но такой тонкий, прочный, сверхпроводимый, да и в целом всесторонне впечатляющий материал, безусловно, заслуживает существования подобной теории. Прошло более 60 лет с того момента, как ученые и различные производственные гиганты начали исследовать графен – однако только сейчас он начинает раскрываться в полной мере, чтобы революционизировать множество вещей, которыми мы пользуемся каждый день.

Сенсоры 3D-камер

Если вы интересовались свойствами и вариантами применения графена, то наверняка слышали о том, что камеры, изготовленные с применением графена в 100 раз более светочувствительны по сравнению с существующими сейчас.

Пока это не стало реальностью, но успехи в этой области есть – взять, к примеру, эксперимент Мичиганского университета, в ходе которого была создана камера, использующая несколько полупрозрачных графеновых сенсора для создания 3D-модели окружения, в результате чего появляется возможность выбора точки фокусировки уже после съемки кадра (нечто подобное можно было встретить в смартфоне HTC One M8, но там для этого требовалось две камеры, да и результат был не такой впечатляющий). Графен позволяет выпускать относительно нетрудозатрадные и доступные камеры, являющиеся альтернативой дорогим устройствам от Lytro. Матрицы из графена отличаются тем, что используют всего несколько слоев датчика – камерам от Lytro для того же самого эффекта необходим массив из сотен тысяч микролинз для создания такого же объемного изображения.

Батареи, заряжающиеся за минуту

Попробуйте загуглить информацию об аккумуляторах на основе графена и в течение буквально пяти минут вы найдете просто невероятное количество данных о разработках графеновых батарей. Последняя такая новость пришла от китайской компании Dongxu Optoelectronics, выпустившей реальный продукт – внешний аккумулятор на 4800 мАч, который поможет вам в отпуске не беспокоиться о внезапно разрядившихся гаджетах. Главной особенностью устройства является его полная зарядка в течение 15 минут, что в три раза меньше, чем у современных смартфонов с функцией быстрой зарядки и значительно меньшей емкостью батареи.

Также существует зарядное устройство Zap & Go, использующее технологию, которая в конечном счете может заменить литий-ионные аккумуляторы и заряжать наши телефоны невероятно быстро. “Оно может восполнить до половины емкости всего за пять минут.” – говорит участник проекта Zap & Go Квентин Лемари (Quentin Lemarie). На данный момент одна из самых больших проблем в технологической индустрии – найти замену литий-ионным аккумуляторам, применяющимся сегодня повсеместно: от смартфонов до электромобилей. Некоторые из наиболее перспективных экспериментов используют сочетание графена и кремния для замены Li-ion наработок.

Статья о подобной батарее была опубликована в британском журнале Nature в марте 2016. В ней рассказывается о том, что такой аккумулятор после 1000 циклов перезарядки сохранил вдвое больше емкости, чем его литий-ионный аналог. В сравнении с бензиновыми двигателями это не слишком значительное преимущество, но это решение могло бы добавить, как минимум порядка 250-350 километров к запасу хода электрокара.

Основа будущих компьютерных систем

Один из наиболее многообещающих способов применения графена – а вместе с тем и самый малоизученный – использовать графен в качестве замены кремнию в компьютерных чипах. IBM и Intel отказались от использования графена для своих будущих чипов в 2011 году, однако это не помешало IBM в 2014 году инвестировать $3 миллиона в исследования материалов (включая графен), способных заменить кремний.

Возможно, графен и является тем чудо-материалом, в котором мы нуждаемся, но его главная проблема состоит в том, что графен не является естественным полупроводником, и следовательно, не может быть универсальным решением, а лишь его частью. В свою очередь, проблема современных кремниевых процессоров, заключается во все меньшей миниатюризации техпроцесса – основополагающей улучшения эффективности работы процессора. Для сравнения: первый процессор Pentium начала 1990х годов имел 800 нм транзисторы, а в 2006 Intel перешла на чипсеты с 65 нм транзисторами. Сегодняшние же процессоры семейства Skylake производятся по 14 нм техпроцессу. Чем «ближе этот показатель к нулю», тем меньше потенциала остается в кремнии.

Задача, которая стоит перед инженерами – достичь, как можно большей энергоэффективности, вследствие чего будет выделяться меньше тепла, из-за чего потребуется менее мощная система охлаждения, что в итоге позволит увеличить частоты, сократив время просчета тех или иных операций. Да, мы еще чрезвычайно далеки от массового производства графеновых процессоров, но людям ни в коем случае нельзя списывать их со счетов.

Самые маленькие в мире динамики

Обычные аудиодинамики – сравнительно простые устройства, они используют очень быстро двигающиеся назад и вперед механические элементы, захватывая воздух, и создавая тем самым звуковые волны. Принцип действия акустики на основе графена заключается в замене мембран аэрогелем, за счет которого появляется звук – и чем плотнее этот гель, тем более мощный звук можно «выжать» из динамика. На данный момент подобные устройства существуют лишь в качестве лабораторных разработок, но уже сейчас очевидно, что их удастся уменьшить до размеров, пригодных для использования в мобильных устройствах.

Экологически чистая вода

Графен может помочь нам и в очистке воды, почвы и воздуха. Одно из таких решений – Grafysorber от компании Directa Plus. Это суперабсорбент, идеально подходящий для разливов нефти. По словам разработчиков, “один грамм Grafysorber способен поглотить до 90 граммов нефти.” Благодаря этому продукту можно очистить воду даже до безопасного для питья уровня. “Как правило, вы должны использовать биологические или химические процессы для очистки воды, но Grafysorber не содержит никаких химикатов.” – добавляют создатели

.

Перчатки-манипуляторы

Не секрет, что виртуальной реальности в ее текущем состоянии не хватает достоверности ощущений. Для того, чтобы изменить ситуацию, VR-индустрии нужны совершенно новые революционные контроллеры. Благодаря графену у нас появляется возможность получить сверхотзывчивые перчатки, чувствительные к мельчайшим движениям и изменению температуры. “Графеновая стружка печатается очень тонкими слоями и весьма чувствительна к деформации, – утверждает д-р Дэррил Коттон (Darryl Cotton), старший научный сотрудник научно-исследовательского центра Nokia в Кембридже, — мы также добавили в конструкцию из восстановленного оксида графена температурный датчик.”

Конечным результатом работы кембриджской команды стала перчатка, напичканная множеством датчиков и светодиодов, отображающих все изменения состояния перчатки. Все электрические компоненты в манипуляторе настолько малы, что полученное устройство вполне может использоваться в виртуальной реальности для мониторинга крошечных движений пальцев.

Носимая электроника

Напечатанная на принтерах микроскопическая электроника и Интернет Вещей – одни из главных трендов ближайшего будущего, и графен может значительно ускорить прогресс в этом направлении. Путей применения графена в печатаемой электронике огромное множество: прежде всего стоит рассмотреть вариант с бесплатными напульсниками с напечатанными графеновыми микросхемами, помогающими отслеживать количество людей, ожидающих своего рейса в аэропортах и пассажиропоток в метро для повышения уровня безопасности в этих местах. Также можно, например, использовать стикеры с микросхемами в магазинах для быстрого получения информации о доступности того или товара.

Читайте также  Микро плк. обзор, функциональные возможности

Что такое графен и как он изменит нашу жизнь?

Впервые о графене заговорили в 2004 году, когда Андрей Гейм и Константин Новоселов — британские ученые российского происхождения — опубликовали статью в журнале Science [1]. В ней говорилось о новом материале, который получили с помощью обычного карандаша и скотча. Ученые просто снимали клейкой лентой слой за слоем, пока не дошли до самого тонкого — в один атом. В 2010-м за это их наградили Нобелевской премией. С тех прошло уже десять лет.

  1. Что такое графен
  2. Миф о токсичности
  3. Где используют графен
  4. Применение в будущем
  5. Графеновый бум
  6. Препятствия для развития
  7. Что почитать о графене

Что такое графен и чем он так уникален?

Углерод — это материал, состоящий из кристаллической решетки, которую образуют шестиугольники атомов. Графен — это один слой решетки толщиной в 1 атом.

Отсюда — его первое уникальное свойство: самый тонкий.

  • Графен в 60 раз тоньше мельчайшего из вирусов.
  • В 3 тыс. раз тоньше бактерии.
  • В 300 тыс. раз тоньше листа бумаги.

Такую структуру графен приобретает за счет sp2-гибридизации. Дело в том, что на внешней оболочке атома углерода расположены четыре электрона. При sp2-гибридизации три из них вступают в связь с соседними атомами, а четвертый находится в состоянии, которое образовывает энергетические зоны. В результате графен еще и прекрасно проводит электрический ток.

Уникальность графена в том, что он обладает такой же структурой, как и полупроводники, при этом он сам проводит электричество — как проводники. А еще у него высокая подвижность носителей заряда внутри материала. Поэтому графен в фото- и видеотехнике обнаруживает сигналы намного быстрее, чем другие материалы.

Графен обладает хорошей теплопроводностью, гибкостью и упругостью, он на 97% прозрачный. При этом, графен — самый прочный из известных материалов: прочнее стали и алмаза.

Миф о токсичности графена

Влияние графена на человеческий организм до конца не изучено, но и токсичность графена никто не доказал. Единственную опасность представляет графен, который получают путем размешивания графита или углерода в воде: попадая в клетку, такие мельчайшие частицы действительно могут ее убить [2].

Однако сейчас в биоэлектронике используют другой способ получения графена — путем химического осаждения из газовой фазы. Частицы получаются достаточно крупными. Потом их закрепляют на подложке, и проникнуть сквозь клеточную мембрану они уже не могут.

Где уже используют графен?

Сейчас графен успешно применяют в электронике. Самый массовый продукт — это пауэрбанк [3]: производители обещают, что сам он заряжается за 20 минут, а топовый смартфон заряжает наполовину за полчаса.

Существуют также графеновые куртки и платья. Последние, в частности, оснащены светодиодами [4], которые реагируют на дыхание и температуру тела, меняя цвет.

Теннисные ракетки с графеном весят до 300 грамм меньше, чем обычные, при той же силе удара.

Наконец, машинное масло с графеном призвано снизить износ двигателя.

Где можно применять графен в будущем?

Есть и еще одно свойство графена: он биосовместим, то есть взаимодействует с живыми клетками. Ученые обещают, что материал поможет диагностировать и лечить рак [5]. Это делают с помощью чипа с графеном, который придает повышенную чувствительность. На поверхность чипа высаживают раковые клетки и тестируют на них различные лекарства.

Такие чипы можно использовать и для тестирования других лекарств, а также — определения биомаркеров: иммуноглобулина, ДНК, нейрональных биорецепторов.

Из графена также планируют делать дешевые солнечные батареи, опресняющие устройства для морской воды, гибкие дисплеи, сверхпрочные бронежилеты, сверхчувствительные микропроцессоры, элементы для беспилотников и космических ракет, телефоны с бесконечной зарядкой и умную одежду.

Для России самым перспективным применением графена могут стать нефте- и газодобыча. На основе графена делают жидкости, которые позволят управлять толщиной и свойствами фильтрационной корки буровых растворов. А еще можно делать полимерные трубы и покрытия для нефте- и газопроводов с применением графена.

Графеновый бум

За 7 лет после вручения премии вышло больше 130 тыс. научных работ, посвященных графену и его свойствам. Доля таких исследований среди всех остальных выросла с 0,2% в 2010 году до 1% в 2016-м.

В научном сообществе тестирование свойств графена стало почти мемом. Доходит до того, что в графен добавляют куриный помет, чтобы проверить, как это отразится на его качествах [6].

Всего в мире зарегистрировано более 50 тыс. патентных заявок с упоминанием графена. Больше половины из них принадлежит Китаю, следом идут Южная Корея, США, Япония и Тайвань.

В Китае исследованиями занимаются государственные вузы. В 2013 году здесь создали Инновационный альянс графеновой промышленности, который пророчит Китаю в этой сфере долю в 80% от общемировой.

В остальных странах в графен активно вкладываются коммерческие компании. В Евросоюзе за это отвечает проект Graphene Flagship с инвестициями в €1 млрд [7]. В США — Национальная графеновая ассоциация, в консультативный совет которой входят представители Apple, IBM и Cisco.

В графене заинтересованы гиганты аэрокосмической отрасли: Boeing, Lockheed Martin, Airbus и Thales. Они рассчитывают, что новые материалы позволят им в разы снизить расход топлива — как композиты, которые экономят до 30% горючего в Boeing 787. Электронные корпорации включились в графеновую гонку в надежде, что это принесет им лидерство на рынке смартфонов и аксессуаров к ним.

Среди них — Samsung [8]: компания уже скупила десятки патентов, которых хватит на целую линейку продуктов с графеном. В частности, она представила новый тип аккумуляторов, которые можно будет заряжать за рекордные 12 минут. Такие появятся в новых смартфонах бренда не позднее 2021-го года. Их главный конкурент — Apple — запатентовала акустические диафрагмы с графеном для использования в устройствах следующих поколений. И это, судя по всему — только начало.

В России тоже занимаются изучением графена и даже патентуют электронные устройства на его основе — на базе в Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Двое ученых-выпускников этого вуза — гендиректор ведущего производителя Graphene 3D Lab Inc. Елена Полякова и профессор Свободного университета Берлина Кирилл Болотин — входят в ту самую американскую ассоциацию.

Почему же графен до сих пор не изменил нашу жизнь?

Во-первых, он все еще очень дорогой. При этом пока нельзя однозначно посчитать, сколько его нужно и для каких целей. Для этого материала нет единой шкалы измерения, так как он может иметь разную структуру — в зависимости от способа получения.

  • 1 грамм чистого графена, который используют в электронике, стоит около $28 млрд.
  • 1 грамм графена, смешанного с пылью — около $1 тыс.

Во-вторых, массовое производство графена пока не налажено, потому что нет технологий, которые бы позволили бы это: например, сложные электронные устройства с графеном делают вручную. Для графена нужна какая-то подложка — например, кварцевая — которая и определяет свойства конечного продукта. При этом пока еще не совсем понятно, какие именно это должны быть свойства.

Читайте также  Ацп на tiny13 и 16 светодиодов

Физики нашли дешевый метод получения графена

18 ноября 2015 , 20:35

Физикам из университета Глазго удалось разработать инновационный метод, благодаря которому стоимость процесса производства графена можно будет уменьшить практически в сто раз.

Графен был открыт еще в 2004 году и с тех пор является объектом исследования многих ученых по всему миру из-за своих исключительных качеств. Он представляет из себя пленку, состоящую из атомов углерода, толщина которой не превышает размеров одного такого атома. Данная пленка характеризуется уникальной гибкостью, а также теплопроводностью и повышенной прочностью. Также графен является отличным электрическим проводником.

Одной из перспективных сфер применения является электроника – создание нанотранзисторов для компьютеров, быстродействие которых будет значительно превосходить современные аналоги.

Физики утверждают, что сейчас используются медные пластины стоимостью до 115 долларов за м2 тогда, как их вполне можно заменить аналогом, который на рынке доступен по 1 американскому доллару за «квадрат». Кроме того, обработка дорогостоящей меди требует дополнительных затрат.

Более подробно об этом рассказывается в журнале Scientific Reports.

Добавьте АН в свои источники, чтобы не пропустить важные события — Яндекс Новости

Глава комитета по здравоохранению Петербурга Лисовец сообщил, что несколько привитых от COVID-19 человек умерли

Актёр Игорь Регнер находится в критическом состоянии после госпитализации с множественными переломами

Возвращаемся к понимаю полезности нашей старой традиционной пищи

Космонавт Геннадий Падалка заявил, что все серьезные технические проблемы на МКС связаны с российским сегментом станции

Режим экономии: отечественные производители и ритейлеры переориентируются на дешевые продукты питания

«В России происходит идеологический перелом»: публицист Егор Холмогоров о русском национализме и Путине

Сайт Avia.pro: Турция безрезультатно пыталась уничтожить позиционный район российских С-300 на вооружении Сирии

Александр Саверский: «Ковид – это не чума»

Станьте членом КЛАНА и каждый вторник вы будете получать свежий номер «Аргументы Недели», со скидкой более чем 70%, вместе с эксклюзивными материалами, не вошедшими в полосы газеты. Получите премиум доступ к библиотеке интереснейших и популярных книг, а также архиву более чем 700 вышедших номеров БЕСПЛАТНО. В дополнение у вас появится возможность целый год пользоваться бесплатными юридическими консультациями наших экспертов.

    Введите свой электронный адрес, после чего выберите любой удобный способ оплаты годовой подписки

  • Отсканируйте QR. В открывшемся приложении Сбербанк Онлайн введите стоимость подписки год (490 рублей). После чего вышлите код подтверждения на почту shop@argumenti.ru
  • Новый техпроцесс позволяет снизить себестоимость графена в 100 раз


    Структура идеального графена — исключительно шестиугольные ячейки. Пяти и семиугольные приводят к дефектам различного характера (Источник: festa/Shutterstock.com)

    Команда ученых из Университета Глазго заявила о разработке технологии получения больших листов графена, с себестоимостью в 100 раз ниже, чем у прочих современных техпроцессов. Наиболее распространенный метод получения графена основан на химическом осаждении паров (chemical vapour deposition, CVD), когда газообразные реагенты, конденсируясь, осаждаются на специальный субстрат и образуют графеновую пленку.

    Исследователи разработали схожий процесс, который позволяет получать листы качественного графена с минимум дефектов на обычной медной фольге. Этот материал широко распространен, а используется для создания катодов в литиевых аккумуляторов. Очень гладкая поверхность листов меди — практически идеальная подложка для формирования листов графена.

    Авторы технологии обнаружили, что характеристики транзисторов, изготовленных с использованием графена, полученного по новому техпроцессу, лучше, чем характеристики аналогичных элементов, с графеном, изготовленных по старому техпроцессу. Речь идет, в частности, об электропроводности и оптических свойствах.


    Процесс выращивания листов графена на поверхностях разного типа. a — медные листы, используемые в стандартном техпроцессе; d — медная фольга, использованная в новом техпроцессе. b, e — снимок поверхности двух типов медной фольги, полученный с использованием электронного микроскопа; c, f — «хлопья» графена на двух различных поверхностях, снимок получен при помощи электронного микроскопа. Плотность и очертания «хлопьев» графена различаются.

    «Доступные листы меди, которые мы использовали в нашем техпроцессе, стоит около $1 за квадратный метр, в то время, как специальные листы меди, используемые для получения графена по старой технологии, стоят около $115 за квадратный метр. Это гораздо более дорогой материал, который зачастую требует специальной подготовки перед использованием», — говорит доктор Равиндер Дахия, один из авторов идеи.


    a,b — изображения поверхности ультрагладкой медной фольги, используемой в новом техпроцессе, с частичным покрытием графеновыми «хлопьями». c — поверхностная топография слоя графена, полученного на ультрагладкой медной фольге. Снимки получены с использованием электронного микроскопа

    «Наша методика позволяет получать высококачественный графен с небольшими затратами, что позволяет сделать шаг вперед в плане создания новых электронных устройств, применять которые можно во многих сферах — начиная умными городами, и заканчивая мобильным здравоохранением», — продолжил ученый.


    a — схематическое изображение графенового транзистора. b,c — фотографии графеновых транзисторов, с графеном, полученным по новому техпроцессу (b) и графеном, полученным по старому техпроцессу (с). d,e — графики, показывающие проводимость шести разных транзисторов, с графеном, полученным по разным методикам (d — стандартные медные листы, e — гладкие), f — полевой эффект мобильности 10 различных транзисторов, с «обычным» графеном и графеном, изготовленным по новому техпроцессу.

    По мнению специалиста, графен можно использовать и в протезировании, обеспечивая проводимость искусственных конечностей. Это позволяет создавать протезы с функцией осязания, то есть человек с таким протезом может ощущать прикосновение к разным типам поверхностей.


    Электрооптический отклик гибких графеновых конденсаторов, с использованием «обычного» графена и графена, созданного по новому техпроцессу. Площадь конденсатора — около

    Конечно, есть и другие способы получения графена, некоторые из которых довольно необычны. Например, одним из таких способов является использование миксера с высокими оборотами и жидкости для мытья посуды Fairy. В этой технологии использован блендер Kenwood BL370.


    Конечно, в результате образуются отдельные графеновые чешуйки, а не листы, но простота метода удивляет.

    В январе этого года о недорогом способе получения графена заявили голландские ученые во главе с Чжу Шоуэнем. Здесь речь идет о получении миллиметровых фрагментов графена. Для получения графена новым способом на медный лист наносится смесь из водорода, метана и аргона при температуре в 1000 градусов Цельсия. Продуктом реакции является чистый углерод толщиной в один атом, покрывающий медный лист.

    Битва за графен-2: коммерческое применение

    Помимо фундаментальных исследований коллективы по всему миру активно работают над прикладными разработками — целым классом устройств и материалов нового типа, которые могут быть созданы благодаря необычным свойствам нового материала. В одном только Китае, по данным Jiangnan Graphene Research Institute (Китай), число заявок на патенты с применением графена к сентябрю 2016 года превысило 50 000. Чем обусловлен такой интерес к двумерному материалу и что сдерживает выход графеновых технологий на массовый рынок — в новом материале серии «Битва за графен».

    Тонны графена

    Если вы решите разобраться, как устроена графеновая отрасль, то неизбежно наткнетесь на десятки коммерческих отчетов, которые оценивают объемы рынка и ранжируют страны по количеству производимого ими графена. Например, эксперты предрекают, что емкость рынка графена к 2027 году будет составлять 3800 тонн в год. Поэтому, исследуя графеновый рынок, неспециалист может решить, что речь идет о мешках, бочках или вагонах с графеном — о больших объемах двумерного материала, в производстве которого соревнуются Китай, США, весь Евросоюз и другие страны. Разумеется, это не так. Сам по себе графен не стоит рассматривать как продукцию для экспорта, и обогатиться на нем нельзя. Производство графена будет расти, что неизбежно приведет к снижению его стоимости, ведь получить сам графен не проблема. Если первые эксперименты были выполнены на небольших чешуйках графена, которые отслаивались от графита с помощью клейкой ленты, то сейчас удается получать высококачественный графен большой площади осаждением в печи при высокой температуре на медную фольгу — это достаточно просто и дешево. Основой для синтеза графена также являются углеводородные газы или даже нефть. Например, совсем недавно ученым из США удалось разработать способ получения графена из ацетилена — природного газа. Сейчас графен уже продается менее чем за один евро за квадратный сантиметр, а к 2022 году, по прогнозам одной из крупнейших компаний-производителей графена, будет стоить меньше евроцента за квадратный сантиметр. То есть квадратный метр графена обойдется исследователям менее чем в сто евро.

    Читайте также  Новое исследование по использованию графена для фотоэлементов

    Рынок графеновых технологий

    По последним данным, в мире насчитывается 142 организации, которые производят графен. Однако в действительности рынок графена — это не килограммы «графенового сырья», а технологии на его основе: прикладные разработки и патенты. Дело в том, что графен, как и другие двумерные материалы, можно комбинировать друг с другом, получая принципиально новые свойства. Так, например, применение графена и оксида графена в биочипах, технология создания которых существует уже несколько лет, позволяет в десятки раз увеличить их чувствительность. Использование графена в качестве одного из фоточувствительных элементов матриц камер позволяет в сотни раз увеличить их чувствительность и существенно расширить их спектральный диапазон.

    Возможности таких комбинаций, как отмечает прозванный отцом графена Андрей Гейм, практически безграничны, и вряд ли все из них мы сможем реализовать в перспективе хотя бы ближайших пятидесяти лет. Внедрение графена в различные устройства дает колоссальные перспективы. Но именно здесь пока нет однозначных результатов.

    Технологии в массы

    Действительно, массовых графеновых технологий, несмотря на серьезные финансовые вливания в эту область, до сих пор не появилось. Основная сложность с широкомасштабным применением графена — создание работающего устройства. Графен — двумерный материал, и использовать его в трехмерном мире достаточно сложно. Совмещение технологий производства графена с существующими технологиями микроэлектроники и других отраслей промышленности позволит создать целый класс новых продуктов, но как раз это сейчас и составляет основную трудность. Выращенный графен можно переносить на ту или иную подложку вручную, но это плохо соотносится с технологиями массового производства. Именно над проблемой интеграции графена в различные устройства работают многие ученые и исследовательские центры: ведутся исследования по низкотемпературному росту графена на различных подложках и разрабатываются автоматизированные технологии его переноса. На решение этой проблемы, например, нацелен графеновый центр в Самсунге. Этой проблемой занимаемся и мы на Физтехе в сотрудничестве с датской компанией Newtec. Ее решение — лишь вопрос времени, а потому, если еще пару лет назад в мире был определенный скепсис по части прикладных разработок на основе графена, то сейчас это уже ничем не сдерживаемый оптимизм.

    Применения

    Сейчас уже с уверенностью можно сказать: во всех устройствах будущего в том или ином виде будет присутствовать графен или другой двумерный материал. Перечислить все потенциальные применения графена невозможно. Его можно совместить даже биологическими организмами. Например, ученым Университета Тренто (Италия) и Центра по разработкам с использованием графена Кембриджского университета удалось «накормить» графеном пауков, после чего те стали производить паутину, которая оказалась в несколько раз прочнее обычной. Похожую работу провели китайские исследователи, скормив графен шелкопряду и получив прочную шёлковую нить, которая проводит электричество и может быть использована, например, в носимой электронике.

    В одном из своих интервью Андрей Гейм высказывал мысль, что выделять какую-то одну наиболее перспективную область применения даже вредно: «Поле [применений] настолько велико, что сосредоточение в одном из направлений приведет к ослаблению развития в целом». Так или иначе, вы можете быть уверены: в камерах ваших телефонов, в ваших очках или умных контактных линзах, любой гибкой носимой электронике, умных настенных покрытиях, в разрабатываемых сейчас биосенсорах и нейроинтерфейсах и многом другом, не говоря о новых функциональных материалах для любых применений, например, в авиастроении или оборонной сфере — будет графен. Есть области, где этот двумерный материал используется уже сейчас. Теннисисты Новак Джокович, Энди Мюррей и Мария Шарапова играют ракетками, содержащими графен, а Билл Гейтс финансирует создание прочных и тонких графеновых презервативов. Научные конференции сопровождаются шоурумами, где стартапы и лидеры индустрии представляют свои последние разработки. Например, на выставке Mobile World Congress в фервале 2017 года был представлен концепт автомобиля с корпусом из графенового пластика. А в марте на Женевском автосалоне был презентован китайский электромобиль на основе графеновых батарей, который планирует конкурировать с Tesla. И количество приложений будет только расти.

    Прогнозы рынка

    Вложения в исследования графена — это вложения в светлое будущее, пусть пока и без четкого понимания, каким оно будет. Именно поэтому сейчас так сложно спрогнозировать объемы рынка через несколько лет, по текущим прогнозам, рынок графена в течение десятилетия вырастет в 30-100 раз. Но он может вырасти и в тысячи раз — достаточно только появиться умным контактным линзам с графеном, запустить в серийное производство быстрозаряжающиеся аккумуляторы или разработать любую другую технологию, которую представить сейчас мы не можем. Так же, как когда-то не могли представить, как разовьется рынок лазеров или компьютерной техники.

    Двумерный мир

    Материалы на основе графена изменят мир, потому что они сами по себе — это уже другой мир, двумерный. Хотя будет это не революционным новшеством, а, как подчеркивает Андрей Гейм, медленной диффузией материала в нашу повседневную жизнь. Рисуя эти картины светлого будущего, нужно ответить на неизбежный вопрос: где же во всем этом Россия, родина нобелевских лауреатов, получивших премию за передовые опыты с графеном? Если в области фундаментальных исследований у нас есть определенные результаты, то о лидерстве в области прикладных разработок говорить пока не приходится, хотя именно конкретные технологические решения будут формировать основную часть рынка графена в ближайшем будущем. О том, что поможет нашей стране не упустить место под солнцем графеновых технологий — в следующем материале серии.