#графен

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.