За последние два десятилетия графен стал одним из самых полезных материалов, которые можно использовать в различных областях. Исследователи из Манчестерского университета Андрей Гейм и Константин Новоселов впервые обнаружили эту структуру в 2004 году и получили Нобелевскую премию в 2010 году «за новаторские эксперименты в отношении двумерного материала графена». С тех пор число патентов, использующих графен, который называют «чудо-материалом», растет год от года. Но насколько мы далеки от того, чтобы стать свидетелями коммерциализации графена, и чего на самом деле можно добиться, если использовать его правильно?
Графен, что это за чудо материал?
Графен — это слой атомов углерода толщиной в один атом, организованный в виде тесно связанных сот. Это строительный блок графита, который также содержится в «грифелях» карандашей. Гейм и Новоселов изолировали материал, многократно разделяя фрагменты графита липкой лентой, пока не создали однослойные листы. Эти слои имеют толщину 0,335 нанометра, и чтобы подчеркнуть, насколько они малы, примерно 3 миллиона слоев графена можно найти только в листе графита толщиной 1 мм.
Несмотря на свой размер, графен считается одним из самых прочных материалов, он в 200 раз прочнее стали.
Это может быть удивительно, поскольку графен также является чрезвычайно легким материалом, его вес составляет около 0,77 миллиграмма на квадратный метр. Кроме того, он также относительно гибкий: исследования показывают, что он может растягиваться до 25% от своей первоначальной длины, не ломаясь.
Но еще одним ключевым свойством графена является то, что он является отличным проводником электричества и тепла. Сочетая все эти свойства вместе, графен является чрезвычайно привлекательным материалом, который может быть использован исследователями и предприятиями по всему миру. Это разнообразный материал, который не сравнится ни с каким другим и может помочь преобразовать несколько различных отраслей промышленности.
Текущее использование графена в мире
За последние 15 лет мы стали свидетелями более широкого использования этого материала, и на рынок выходит все больше и больше продуктов из графена. Одной из областей, где графен впервые был реализован, был сектор спортивных товаров. В этом секторе многие компании воспользовались преимуществами прочности и гибкости материалов.
Например, один из ведущих мировых поставщиков высокопроизводительного спортивного оборудования и одежды премиум-класса, Head , получил выгоду от использования графена в производстве своих теннисных ракеток с улучшенным графеном, в том числе линейки радикального графена 360. Этот диапазон в настоящее время используется некоторыми из лучших игроков мира, в том числе номером один в мире Новаком Джоковичем.
Другие компании пошли по стопам Head и включили графен в производство своего оборудования, например, Grays и некоторые компании по производству спортивной одежды, включая американский бренд Reebok, которые представили одежду на основе графена, используя тепловые преимущества и долговечность материалов в виде термотепла. +graphen collection, первое использование графена в спортивной одежде по коммерческой цене.
Также наблюдается более широкое внедрение передовых технологий. Способность материала значительно увеличить время работы обычной литий-ионной батареи делает его привлекательным дополнением к таким устройствам, как мобильные телефоны и цифровые планшеты.
Производитель NanoGraf заявляет, что графеновые батареи показывают 50-процентное увеличение производительности. Китайский производитель телефонов Xiaomi включил графен в некоторые из своих устройств, таких как Mi 10 Ultra, который, по его утверждению, улучшает литий-ионные батареи емкостью 4500 мАч. Электронный гигант Huawei также занялся использованием графена в своих устройствах, но по другой причине. он включил его в серию P40 как часть технологии охлаждения устройства для управления накоплением тепла.
Эта интеграция графена в такие устройства, как телефоны, может продолжаться, поскольку новое исследование, опубликованное в журнале Advanced Optical Materials , предполагает, что графен может заменить оксид индия-олова (ITO) при производстве телефонов. ITO известен как один из самых редких элементов на земле и является ключевой частью сенсорных экранов на наших портативных устройствах, поэтому, если его можно будет заменить, это укажет на еще одно новое преимущество материала.
Автомобильная промышленность — еще один сектор, который воспользовался открытием графена и превратил его в практический материал для различных элементов автомобиля. Производители шин уже начали использовать графен в своих протекторах, стенках и внутренней обшивке, облегчая его вес и повышая долговечность автомобиля. Американский производитель автомобилей Ford сообщил, что с февраля 2020 года все его автомобили будут оснащены графеном.
Несмотря на его огромный потенциал для преобразования промышленности, графен уже можно найти в некоторых наших бытовых потребительских товарах. Некоторые продукты, такие как лампочки, сковородки и велосипедные шлемы, — это лишь некоторые предметы, в которых этот материал использовался. Таким образом, есть отрасли, которые использовали этот материал в положительном ключе, но почему материал с многочисленными преимуществами не полностью взорван. в каждой отрасли на данный момент.
Почему использование графена по-прежнему ограничено?
Основными причинами относительно ограниченного внедрения графена являются исследования, разработки и стоимость. Хотя он был открыт 18 лет назад, графен все еще находится на относительно ранней стадии своего развития. Чтобы раскрыть свой потенциал и добиться коммерческого успеха, требуется больше времени. Фрэнк Коппенс, научный руководитель Графенового павильона, сказал: «Удивительно, как люди говорят, что на это уходит много времени, потому что, если вы оглянетесь в прошлое, новой технологии потребовалось гораздо больше времени, чтобы выйти на рынок, чем графену».
Стоимость — еще один ключевой фактор, замедляющий коммерциализацию. Сообщается, что цены в 2010 году достигли пика в десятки тысяч долларов, но с тех пор резко упали. Однако, несмотря на существенное снижение цены, он все еще относительно дорог. По словам аналитика Liberum Юэна Лоу, «на данный момент один грамм графена оценивается примерно в $100. С такими затратами на материал коммерциализация занимает годы. Он проведет годы в лаборатории, а затем годы в испытаниях, масштабировании и так далее».
Изменение игры
Графен постепенно оказывает влияние на мир и будет продолжать это делать. Открытие двух исследователей произвело революцию в том, как мы видим будущее нескольких отраслей, и осознало бесконечные возможности, которые могут быть достигнуты. Для многих исследователей и ученых это материал, который изменит будущее к лучшему.
Новые комментарии: