#графен

Графен продолжает приносить физикам пользу. На этот раз тонкий углеродный слой защитил от внешней среды полезное квантовое взаимодействие

Объединить конфликтующие свойства помогли квазичастицы со специфическим зарядом. Если удастся подтвердить предложенную теорию экспериментом, то перед нами — новый тип квантовых материалов.

Российские ученые разработали модель, которая показывает, как перераспределяются заряды внутри структуры металл / графен в контакте с электролитом. Она поможет предсказывать электрохимические свойства таких гетероструктур, что важно для развития электрокатализа и электрохимических биосенсоров.

Научный журналист и член редсовета Naked Science Егор Быковский беседует с представителем научного дивизиона госкорпорации «Росатом» Артуром Гареевым о графите — что это за материал, каковы его ключевые свойства и области применения и почему сегодня к нему приковано столько внимания.

Международная группа ученых под руководством физиков из Центра фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института (МФТИ) экспериментально доказала, что электроны в графене могут вести себя как особая «томографическая жидкость». В такой жидкости коллективные возмущения (сложно устроенные волны) разного типа затухают с кардинально разной скоростью, что открывает новые перспективы для электроники.

Международная команда с участием НИУ ВШЭ предложила новый математический способ анализа структуры графена. Ученые показали, что характеристики решетки графена можно связать с моделью трехшагового случайного блуждания частицы. Такой подход позволяет описывать графеновую решетку быстрее и без громоздких вычислений.

Российские ученые представили новый подход к синтезу нанополос графена внутри одностенных углеродных трубок с применением метода «снизу-вверх» и специфических исходных молекул (DBBA, DBTP). Результаты исследования открывают возможности для изучения свойств нанополос и их практического применения.

Большие ожидания в развитии многих отраслей промышленности связаны с графеном, который в 2004 году получили российские исследователи. В «чистом» виде его синтезировать сложно, поэтому для массового применения, например, при получении композитов, используют графеносодержащие материалы, частицы которых представляют собой многослойный графен. Основная проблема при создании таких материалов — сложность равномерного распределения частиц внутри. Ученые Пермского Политеха исследовали поведение графеноподобных материалов и их частиц при разработке композитов. Это поможет более эффективно использовать их в строительстве, электронике, для создания токопроводящих, сверхпрочных защитных покрытий в авиации и в других стремительно развивающихся сферах.

Ученые из МФТИ с коллегами синтезировали сферические наночастицы диселенида вольфрама (WSe2) с помощью фемтосекундной лазерной абляции в воде. Анализ полученных частиц показал их высокий потенциал для биомедицинских и оптических приложений.

Долго считалось, что один материал не может проявлять одновременно сверхпроводящие и магнитные свойства. Недавно физики нашли такой сверхпроводник — ромбоэдрический графен.

Специалисты МФТИ совместно с индустриальным партнером, АО «Сканда Рус», разработали оригинальный подход к проектированию инфракрасных фотодетекторов, работающих без электрического питания. В основе подхода лежит асимметричный металлический узор с заострениями, размещаемый на поверхности фоточувствительного материала — графена.

Рынок электромобилей стремительно расширяется. На нем представлены не только пассажирские, но и грузовые модели, а также специализированный транспорт. Сегодня главные задачи по совершенствованию транспорта на электрической тяге — увеличение пробега на одной заправке (зарядке), повышение емкости и долговечности накопителей, применение экологически «чистых» аккумуляторов на всем его жизненном цикле. Все эти задачи связаны с одним важным конструктивным элементом — аккумуляторной батареей, которая все еще остается «головной болью» многих ученых и конструкторов мира. Над решением этих задач работают и специалисты компании UST Inc. Результаты их исследований показывают, что ставку в ближайшей перспективе нужно делать не на литий-ионные аккумуляторы.

Оксид графена — перспективный мембранный материал из-за его высокой водопроницаемости. Однако точные физические механизмы, управляющие этим процессом на молекулярном уровне, остаются плохо изученными, несмотря на более чем десятилетие практического применения. Ученые из МФТИ и ИТМО, с коллегами из Сингапура, проанализировали влияние структуры оксида графена на диффузию воды.

Мультидисциплинарная команда европейских исследователей нашла способ проверить теорию квантовой физики, описывающую многосоставную спиновую систему. Ученые создали платформу для экспериментального изучения квантовых законов и создания квантовых устройств на основе спина.

Новые устройства от ученых РТУ МИРЭА обладают повышенной чувствительностью и способностью различать поляризацию света. Благодаря гибкости и тонкости двухмерных материалов, сенсоры на их основе могут быть интегрированы в прототипы умных часов, фитнес-трекеров и других носимых гаджетов. Эти сенсоры способны мониторить пульс, уровень кислорода в крови и другие биометрические показатели с высокой точностью.

Защитный слой из композита на основе графена и никеля повышает прочность металлической поверхности, на которую он наносится. К такому выводу ученые пришли на основании компьютерного моделирования. Они показали, что композитное покрытие даже малой толщины (один нанометр) делает металлическую поверхность почти в два раза прочнее, а при толщине покрытия пять нанометров — в четыре раза. Однако пластичность поверхности металла снижается при увеличении толщины покрытия. Полученные результаты позволят создавать материалы с регулируемой прочностью и использовать их в качестве покрытий металлических поверхностей деталей аэрокосмического, медицинского и промышленного назначения.

Ученые ШЕН ТюмГУ, ТИУ, НГУ, ТГТУ, Индии, Саудовской Аравии и Дании синтезировали десять наножидкостей на основе графена и определили их вязкость. В нефтяной промышленности исследование может ускорить создание наножидкостей, способных изменять характеристики нефти непосредственно в нефтяном резервуаре. В микроэлектронике — поможет производить хладагенты, ключевые элементы системы охлаждения, следующего поколения.

Ученые из Сколтеха, МФТИ, Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН и других научных организаций провели исследование, чтобы выяснить, в каких условиях лучше всего хранить оксид графена — перспективный материал, который можно использовать при изготовлении композитных материалов, газовых сенсоров и во многих других областях. Результаты показали, что самые оптимальные условия для оксида графена, в которых его свойства не будут меняться, — низкие температуры и отсутствие света.

Исследователи из НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива охарактеризовали новый двумерный материал — хлорид никеля. Ранее существование никелевого 2D-материала считалось невозможным.

Исследователи НИЯУ МИФИ предсказали строение и свойства новых двумерных материалов — диаманов, построенных из аллотропных модификаций графена.

Графен — один из самых легких, прочных и тонких материалов, он обладает высокой гибкостью, тепло- и электропроводностью. Благодаря таким свойствам графен способен заменить многие существующие материалы в промышленности, например, он перспективен для производства элементов автомобилей, самолетов и космических кораблей. Однако пока не существует определенной технологии объемной печати изделий из графена. Но ученые ПНИПУ нашли способ создавать изделия 3D-печатью с использованием жидких углеводородов.

Исследователи из США обнаружили, что если смешать нужное количество графена с медью, можно снизить потерю электрической проводимости этого материала при повышенных температурах. Американские ученые надеются, что их открытие сделает распределение электроэнергии в домах и на предприятиях более эффективным, а также повысит КПД двигателей для электромобилей и промышленного оборудования.

Коллаборация ученых из России и Китая нашла идеальный 2D-материал для строительства устройств современной оптоэлектроники и фотоники. Также ученые предложили простой и эффективный способ расчета оптических характеристик любых материалов, состоящих из углеродных нанотрубок.

Физики ТюмГУ, НГУ и ТИУ представили ​​методику для изучения поведения наночастиц при движении в потоке несущей жидкости. На основе этой методики они предложили механизм, объясняющий снижение вязкости нефти при малых концентрациях наночастиц и открывающий новые возможности для коммерческого использования графена в нефтяной и энергетической промышленности.

Ученые МФТИ создали детектор терагерцового излучения на основе двухслойного графена, обладающий рекордной чувствительностью при криогенных температурах. Представленное устройство уже конкурентоспособно по сравнению с коммерческими болометрами на полупроводниках и сверхпроводниках. Ключом к успеху явилось использование двухслойного графена с небольшой шириной запрещенной зоны — этот материал оказался «золотой серединой» между однослойным графеном и классическими объемными полупроводниками.

Сегодня наблюдается бурное развитие водородной энергетики. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с производительностью от 33 до 35 процентов, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию до 65 процентов. В связи с этим, у общества растет спрос на новые конструкционные и функциональные материалы для строительства электростанций. Это связано с тем, что при высоких давлениях и температурах выше 300 градусов Цельсия водородная коррозия оказывает на металлы разрушающее действие, приводящее к снижению механических свойств: прочность и пластичность. Ученые Пермского Политеха исследовали имеющиеся на рынке сплавы и покрытия и выявили среди них ряд материалов, которые могут противостоять воздействию водорода, при этом сохранить целостность и механические свойства изготовленных из них элементов, а также устранить или уменьшить водородное охрупчивание.

Нити из трех нанотрубок генерируют электричество при скручивании и растяжении. В будущем их можно будет вплетать в обычную ткань, делая ее «умной» или подзаряжая носимые устройства.

Тюменские и новосибирские физики показали, что потенциал использования полученных ими нанопорошков в нефтяной промышленности достаточно высок.

Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ разработали фотодетектор, способный различать информацию о поляризационном состоянии световой волны. Эта информация дополняет знания о цвете и яркости, недоступна человеческому глазу и многим современным фотоприемникам, однако может быть важна для оптоволоконных линий связи нового поколения.

Ученые НИЯУ МИФИ придумали, как стабилизировать пористые материалы на основе гетероструктур из графена и борофена. По их мнению, новые материалы смогут найти применение в качестве анодов и катодов в батареях, а изготовленные из них мембраны станут основой высокопроизводительных эффективных фильтров.

Международная команда во главе с учеными из Сколтеха выявила лучший алгоритм искусственного интеллекта для определения оптимальных условий синтеза, при которых получаются углеродные нанотрубки со свойствами, заточенными под конкретные приложения: лазеры, датчики для экологического мониторинга, системы доставки лекарственных препаратов, технологии водородной энергетики.

Исследователи из Сколтеха запатентовали метод синтеза графеновых структур, при помощи которого можно создавать функциональные графеновые компоненты произвольной формы со 100-нанометровым разрешением на гибкой прозрачной подложке для изделий гибкой и прозрачной электроники. Благодаря предложенному подходу удается избежать образования дефектов, которые возникают в общепринятом на сегодня технологическом процессе переноса графена между подложками и приводят к снижению качества.

Группа корейских ученых разработала новые датчики свежести и температуры пищевых продуктов. Их основу составляет индуцированный лазером графен на экологически чистой, биоразлагаемой бумаге.

Графен обладает уникальными свойствами и используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также в гибкой электронике. В частности, его можно будет использовать в фюзеляжах и крыльях самолетов для борьбы с обледенением, а также в изготовлении легких кузовов автомобилей. Он отличается высокой прочностью, гибкостью и легкостью, проводит тепло и электричество, может работать при высоком напряжении. Однако сейчас нет устоявшегося метода печати из этого материала. Исследователи из Пермского Политеха разработали такую технологию. Она позволит повысить качество готового продукта и сократить расходы предприятий. Отечественная разработка поможет обеспечить технологический суверенитет России.

Международная группа ученых из Китая и Великобритании разработала новый подход к извлечению золота из отработавшего свой срок электротехнического оборудования. Технология, основанная на применении оксида графена, позволяет извлекать следовые количества драгоценного металла (вплоть до миллиардных долей процента) с эффективностью до 99 процентов, избегая загрязнения примесными металлами. Более того, по мнению авторов, разработка в перспективе позволит добывать золото даже из морей и океанов.

Голландские ученые смогли преобразовать в аудиозаписи механические колебания, возникающие при ударе всего одного жгутика бактерии о поверхность графеновой мембраны. Результаты исследований позволят эффективно оценивать устойчивость патогенных микроорганизмов к антибиотикам.

Ученые Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами из других вузов и научных институтов изучили оптические свойства двумерных соединений серы с платиной и оловом. Исследованные материалы имеют высокий показатель преломления, который позволяет создавать на их основе ультратонкие линзы, биосенсоры, транзисторы, фотодетекторы и сверхчувствительные приемники, а гигантская анизотропия соединений платины — преодолеть дифракционный предел.

Исследователи из Сколтеха, МФТИ, Института физики твердого тела, Университета Аалто и ряда других научных центров предложили первый метод синтеза графена, в котором в качестве источника углерода используется угарный газ — монооксид углерода. Новым методом можно сравнительно дешево получить на довольно простом оборудовании графен высокого качества, пригодный для электронных схем, газовых датчиков, оптики и других применений.

Российские ученые выяснили, почему при высоких температурах оксид графена не сгорает, а становится основой для перспективной и недорогой методики получения графена.

Ученые из МФТИ, университетов Регенсбурга (Германия) и Канзаса, а также Массачусетского технологического института (США) обнаружили аномально сильное поглощение света в намагниченном графене. Эффект возникает из-за превращения обычных электромагнитных волн в сверхмедленные поверхностные волны, бегущие по графену. Явление может помочь в разработке новых приемников сигналов связи, размеры которых будут гораздо меньше существующих при схожей эффективности поглощения.

Слоистые структуры из металлов и диэлектриков используются для выявления веществ в низких концентрациях вплоть до отдельных молекул. Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ сравнили чувствительность тонких золотых пленок на разных слоистых структурах к модельной молекуле для поиска оптимальной основы сенсоров. Обнаруженные эффекты могут улучшить работу сверхчувствительных сенсоров, способных различать отдельные молекулы.

Ученые Сколтеха и Университета Кентукки провели исследование, в котором установили новую связь между квантовой информацией и квантовой теорией поля. Эта работа – очередное подтверждение растущей роли квантовой информации в различных областях физики.

Двумерный магнит, сконструированный учеными, может найти применение в вычислительной технике и электронике, а также новых инструментах для изучения квантовой механики.

Инженеры из Массачусетского технологического института открыли новый способ выработки электричества. Они создали частицы на основе углеродных нанотрубок, которые, оказавшись в «жадном до электронов» органическом растворителе, генерируют ток. В эксперименте созданного напряжения хватило для начала и поддержания реакции окисления спирта.

Очередная аллотропная модификация углерода — плоская кристаллическая решетка из квадратов, гексагонов и октагонов — проявляет выраженные металлические свойства.

Ученые из Центра энергетических технологий Сколтеха разработали метод моделирования изменения физических двумерных материалов под давлением. Исследование поможет в создании сенсоров давления на основе силицена или других двумерных материалов.

Химики разработали технологию получения графена из выброшенных автомобильных покрышек: десятой доли процента такого материала достаточно, чтобы бетон стал прочнее почти на треть.

Микроскопические пластиковые диски, покрытые нанотрубками, способны левитировать под действием солнечных лучей, подобно миниатюрным коврам-самолетам.

Физики Московского физико-технического института с коллегами из Московского педагогического государственного университета и университета Манчестера создали высокочувствительный детектор терагерцового излучения на основе туннельного эффекта в графене. Чувствительность устройства уже превосходит коммерчески доступные аналоги на основе полупроводников и сверхпроводников, что открывает перспективы приложений графенового детектора в беспроводных коммуникациях, системах безопасности, радиоастрономии и медицинской диагностике.

При помощи лазерной обработки российские ученые вместе с европейскими коллегами изготовили высокочувствительные детекторы фотонов. В основе технологии лежит управление свойствами углеродных нанотрубок. Новые детекторы помогут в разработке квантовых компьютеров, камер с высоким разрешением, более эффективных интегральных микросхем и других устройств.