Как вы думаете, из чего в будущем будут изготавливать привычные нам вещи? Какие материалы придут на замену привычному пластику, из чего в скором времени начнут делать небьющиеся айфоны или гибкое стекло? Какие “умные” покрытия произведут на нас впечатления своими неординарными свойствами? 

Самый реальный кандидат на материал будущего  —  графен. Это вещество на основе углерода, которое может похвастаться революционными характеристиками или их комбинацией в привычном нам понимании. Одна из “волшебных” характеристик графена — его водоотталкиваемость, ведь сам по себе графит достаточно “жирный” и на нем не задерживаются капли воды: попробуйте как-нибудь облить кусок угля! Графен — это тот же графит, но только толщиной в один атом, этакая пленка, в которой все атомы расположены в одной горизонтальной плоскости. Ввиду того, что в пленке не присутствует никакой шероховатости из-за выступающих частиц вещества, обычно “приклеившихся” выше или ниже ее плоскости, гигроскопичность такой пленки бьет все рекорды — ведь ни вода, ни грязь не может “зацепиться” за лишние атомы на пленке, а присутствующие заняты атомарными связями со своими соседями.

 

Такой нужный, что на базаре не купишь

 

В природе графеновые нанопленки в чистом виде не встречаются. Еще бы! Окружающий нас мир не настолько деликатен, поэтому создавать такие покрытия приходится в лабораториях, что довольно затратно и непродуктивно. Но только представьте — если покрыть такой тончайшей пленкой лобовое стекло автомобиля, то уже не нужно будет никаких “дворников”! Ведь ни дождь, ни грязь просто не осядут на стекле. Можно будет упразднить весь громоздкий механизм системы стеклоочистителей с ее омывателями и щетками. К тому же, правильная одноатомная решётка вещества добавляет стеклу свою необычайную крепость.

Если такими тонкими пленками “облагородить” стеклопакеты высотных зданий, то они перестанут нуждаться в сезонной мойке, оставаясь постоянно чистыми и прозрачными.

Если графеном обволочь трубы теплообменников на теплоэлектростанциях, то их проводимость возрастет в четыре раза, что позволит сэкономить сотни тонн топлива. Теплопроводность элементов возрастает потому, что перегретый пар, конденсируясь на элементах системы, перестанет обволакивать водяной “рубашкой” теплопроводящие поверхности, мешая тем самым эффективной передаче тепла. После покрытия теплопроводящих частей элементов графеном, новообразовавшиеся капли воды будут попросту соскальзывать в испаритель, не оказывая негативного влияния на процесс.

Нужно при этом учесть очень полезную функцию молекулярно ориентированного углерода — его высокую теплопроводность. Покрытие из графена не будет само препятствовать передаче тепла, что ранее мешало избавиться от водяной рубашки с помощью других водоотталкивающих покрытий, которые эффективно устраняли вредные капели, но сами при этом “воровали” тепло паровых турбин. Графен же является ближайшим братом алмазов, вещества, которое лучше всего проводит тепло из органических соединений. Если из алмаза сделать чайную ложечку и опустить ее в кипяток, то удержать голыми пальцами такой столовый прибор вы не сумеете, так как ложечка через пару секунд нагреется вся, от черпала до рукоятки, до температуры жидкости, в которую ее погрузили.

Читайте также: ДЕНЬ, КОГДА ЗЕМЛЯ ОСВОБОДИЛАСЬ

 

Мы впереди планеты всей

 

Впервые получить графен удалось в стенах Манчестерского технологического университета двум ученым с российскими корнями — Андрею Гейму и Константину Новоселову. Хотя теоретическая база по атомарным углеродным соединениям разрабатывалась и накапливалась еще с конца сороковых годов прошлого века, в реале получить чудо-материал не удавалась из-за его нестабильности и капризности — тонкие пленочки постоянно норовили свернуться трубкой и образовать собой кристалл. Но в 2010 году была разработана специальная методика и основа всего живого на планете, углерод, сдался!

Счастливчикам, которым наконец-таки удалось приручить капризный графен — Гейму и Новоселову была присуждена Нобелевская премия по физике. Ученые разработали и подготовили к внедрению несколько способов получения графеновых пленок. Самым простым из них является нарезка слоев от более крупного куска “правильного” углерода. Словно ломтик ветчины, отрезаемый от окорока, пленочки графена нарезаются лазерным лучом. Размер ломтика обычно не превышает метр на метр и процесс нельзя назвать быстрым. К сожалению, графитовый ломоть пока не получается раскатать тонким слоем, как алюминий, который на прокатных прессах превращают в фольгу, поэтому о промышленных масштабах производства столь нужного материала речь пока не идет.

 

Где еще пригодится?

 

Графен чутко реагирует на присутствие в окружающей среде различных примесей изменением своих свойств. Например, при повышении влажности или интенсивности освещенности, графеновая пленка может сморщиваться, меняя свои линейные размеры. Этот эффект позволяет изготавливать из графена сверхчувствительные датчики, которые смогут улавливать вокруг себя даже несколько молекул постороннего вещества. Для решения вопросов безопасности и обнаружения взрывчатки графеновые датчики были бы очень кстати. При изменении влажности же, например, в случае, когда пошел дождь, можно было бы выполнить створки окон с графеновыми запирающими механизмами. Такие створки автоматически бы закрывались при попадании на них влаги и сами открывались, когда дождь заканчивался. При этом механизм не требовал бы никакого питания, используя только исключительные свойства графенового покрытия.

Очень быстрое изменение формы и размера тончайшей пленки из этого волшебного материала позволяет использовать ее для создания миниатюрных акустических устройств — динамиков и микрофонов. Незначительно нагревая пленку, можно заставить ее вибрировать с  частотой, распознаваемой человеческим ухом. Это значит, что можно изготавливать акустические динамики тоньше кредитной банковской карты. Используя их в новых смартфонах, можно добиться снижения веса и толщины мобильных устройств, равно как и снизить нагрузку на аккумуляторную батарею — ведь новоизобретенный динамик тратит значительно меньше энергии на звучание.

 

Словно живая кожа

Особенная чистота тончайшей пленки нового материала показывает еще одну удивительную способность — если слой графена незначительно повредить, то через короткое время он восстановится, ближайшие к разрыву молекул вещества сами найдут своих бывших соседей и возобновят с ними разорванные молекулярные связи. Представьте смартфон с графеновым покрытием стекла, с которого к утру сами собой исчезают все царапины и трещины!

В общем, ученые еще только-только начинают практическое изучение нового материала, который открывает один сюрприз за другим. Кто знает, через какое время всё новые и новые материалы войдут в нашу жизнь, чтобы изменить ее до неузнаваемости?

Читайте также: РОБОТЫ — РАЗУМНЫ ИЛИ ПРОСТО УМНЫ? ИЛИ ПРОЙДУТ ЛИ МАШИНЫ ТЕСТ ТЬЮРИНГА