Графен — это двумерная форма углерода толщиной в один атом. Атомы углерода соединены в кристаллическую решетку, напоминающую соты. Это тончайшее вещество обладает уникальными свойствами: оно может быть и проводником, и при некоторой модификации изолятором, поэтому из него очень удобно делать микросхемы. Кроме того, полимеры из графена легко утилизировать, поэтому он может стать экологически чистой заменой пластику. Из графена можно получать высокопрочные и термически устойчивые материалы, такие как углеродные нанотрубки, области применения которых варьируются от медицины до строительства. Вот несколько необычных способов использования графена.

Хлебные тосты с графеновым рисунком

Это странное хлебобулочное изделие получили ученые из Университета Райса, пытаясь доказать, что в графен можно превратить любые углеродосодержащие материалы. Облучая лазером различные материалы, исследователи получили пористые одноатомные графеновые структуры. Первый подобный эксперимент был проведен в 2014 году: тогда ученые научились превращать полиимидную пленку в графен, облучая ее лазером. В новом эксперименте они доказали, что для превращения в графен подходят разнообразные материалы с высоким содержанием лигнина — вещества, содержащегося в одеревеневших стенках растительных клеток. Исследователи продемонстрировали это, многократно облучая лазером кокосовую скорлупу, картофельную кожуру и пробку. Изучив механизм преобразования материалов, они обнаружили, что при первом облучении структура превращается в аморфный углерод, а при последующих — в графен. Немного модифицировав процесс, ученые смогли получить графеновые рисунки на ткани, бумаге и даже хлебных ломтиках.

Рекомендуем по этой теме:
3603
Супертонкая электроника
О самом плоском веществе

Бактерицидный щит для имплантатов

При замене тазобедренного и коленного суставов или протезировании зубов всегда существует риск бактериальной инфекции и отторжения имплантата. В 2018 году ученые из Университета Чалмерса обнаружили, что тонкий слой чешуек графена на имплантатах образует поверхность, к которой бактерии не могут прикрепиться, и тем самым снижает риск инфицирования. Острые края чешуек разрезают бактерии, причиняя при этом минимальный ущерб человеческим клеткам, которые примерно в 15 тысяч раз больше бактериальных. Как показали исследователи, чтобы борьба с инфекцией была более эффективной, чешуйки графена должны быть ориентированы вертикально. При этом страдают не только патогены, но и полезные для организма бактерии, но, так как эффект локализован, а баланс микрофлоры в организме не изменяется, это не может считаться серьезным последствием. Графеновый слой не нарушает остеоинтеграцию — процесс, в ходе которого имплантат срастается с костными структурами.

Как открыли графен и какова его структура

Огнеупорные обои с датчиками

Китайские химики в 2018 году разработали огнеупорные обои с датчиками из оксида графена, предупреждающими о пожаре. Сами обои сделаны из неорганического вещества — тонких нитей гидроксиапатита. Нити гидроксиапатита организованы как в форме плоских переплетенных сеток, так и в виде микрометровых волокон, в которых нити намотаны на провода из оксида кремния. Такие волокна делают обои прочнее, при этом сохраняется их легкость и устойчивость к открытому огню.

При повышении температуры оксид графена из диэлектрика превращается в проводник, поэтому этот материал можно использовать для замыкания цепи в датчиках со световым и звуковым оповещением. Исследователи добились особой чувствительности графеновых датчиков, покрыв поверхность сенсора молекулами полидофамина. Если без модификации графеновые датчики срабатывали при температуре около 250 °C, то с полидофаминовым слоем они реагировали на температуру до 130 °C, а время отклика составило только две секунды.

О применении графена в наноэлектронике

Стойкая краска для волос

Китайские исследователи получили из оксида графена стойкую темную краску для волос. Ее особенность в том, что она обладает антистатическими свойствами. Кроме того, цвет сохраняется, даже если помыть голову примерно тридцать раз. Как правило, для долгосрочного окрашивания применяют краски, которые проникают внутрь волоса и взаимодействуют с его естественным пигментом — меланином. Однако созданная исследователями краска обволакивает волос, что характерно для менее стойких средств для окрашивания, таких как оттеночные шампуни. Для создания краски использовался оксид графена в виде чешуек или хлопьев, который сам по себе практически бесцветен. Чтобы добиться пигментации, ученые добавили в состав краски аскорбиновую кислоту, которая делает оксид графена непрозрачным. А чтобы краска лучше сцеплялась с поверхностью волоса, ученые использовали хитозан — аминосахар, который получают из хитина.

Рекомендуем по этой теме:
2751
Фотодетекторы на основе графена
Что может заменить графен

Нанопинцет для молекул

Американские химики на основе графена разработали нанопинцет для отдельных молекул. Принцип действия основан на эффекте диэлектрофореза — движения поляризованных диэлектрических частиц в жидкости под действием неоднородного электрического поля. Источником такого поля является графен, края которого возбуждаются при подаче напряжения. С помощью напряжения в 0,45 вольта ученые смогли направить наночастицы и биологические макромолекулы, такие как ДНК, в нужную точку практически со стопроцентной эффективностью захвата.

О химических источниках тока