Графен формула химическая: Оксид графена — первый двумерный материал, достигший стадии коммерческого применения – Наука – Коммерсантъ

Оксид графена — первый двумерный материал, достигший стадии коммерческого применения – Наука – Коммерсантъ

текст Владимир Тесленко, кандидат химических наук

Предыдущая фотография

В НИТУ МИСиС разработана собственная технология производства графена

Фото:
Артем Геодакян/ ТАСС

В НИТУ МИСиС разработана собственная технология производства графена

Фото:
Артем Геодакян/ ТАСС

Следующая фотография

1
/
2

В НИТУ МИСиС разработана собственная технология производства графена

Фото:
Артем Геодакян/ ТАСС

В НИТУ МИСиС разработана собственная технология производства графена

Фото:
Артем Геодакян/ ТАСС

В последние два десятилетия обнаружены или синтезированы многочисленные новые формы углеродных наноматериалов, в том числе фуллерены, углеродные нанотрубки и графеновые слои. Они являются перспективными материалами для многих отраслей наноиндустрии, так как обладают уникальными электронными, электромагнитными, термическими, оптическими и сорбционными свойствами.

Графен — это атомы углерода, собранные в плоскую сетку из сочлененных шестиугольников [02]. Принципиально, что графен имеет именно одноатомную толщину.

Рис. 2 Схематичное изображение графена

Крупнейший производитель графена расположен в Китае. Это компания Ningbo Morsh Technology, основанная в 2012 году. В прошлом году она запустила крупнейшую в мире линию на 300?т/г. графена. Главным потребителем выступила родственная компания Chongqing Morsh Technology, которая использует графен для производства 2 млн шт/г. прозрачных проводящих пленок для мобильных телефонов.

Особенности оксидов графена

Термин «оксиды графена» еще не получил международной дефиниции. Под оксидами графена понимают частицы графена с присоединенными по краям или внутри углеродной сетки кислородсодержащими функциональными группами и/или молекулами. Номенклатура этих групп обширна: гидроксильные, фенольные, карбонильные, карбоксильные, арильные, эфирные, фосфорсодержащие и т.?п. Разновидностью являются оксиды графена, модифицированные полимерами, такими как полиэтиленгликоль, полиэфиры, поливинилы, полиакрилы и т.д. Еще одну группу оксидов графена составляют допированные соединения. В частности, известны оксиды графена, содержащие в своей структуре один или несколько атомов бора, азота, алюминия, фосфора, кремния, серы или же группы на их основе, например меламин, фосфин, силан, полисилоксан, сульфиды и т.д.

Самые красивые оксиды графена получаются при инкорпорации молекулами краун-эфиров [03]. Их в конце 2014 года получили в знаменитом ядерными разработками научном центре США — Окриджской национальной лаборатории (Oak Ridge National Laboratory). Размер и форма полости, сформированной молекулой краун-эфира, зависят от его состава. Поэтому новый материал может сорбировать ионы строго определенного диаметра. Сильные электростатические связи молекул эфира, инкорпорированных в графеновую сеть, открывают заманчивые перспективы в биотехнологиях, для химической сепарации, экстракции металлов, очистки от радионуклидов, рециклинга редкоземельных металлов и хранения данных.

Рис. 3 Структура графена с инкорпорированными молекулами краун-эфира

Вообще оксиды графена по сорбционной емкости значительно превосходят ионообменные смолы на полимерной основе и другие традиционные сорбенты. Это и составляет суть интереса к оксидам графена для создания супер-сорбентов нового поколения.

Сорбционные рекорды оксидов графена могут реализовываться несколькими путями, например абсорбцией; адсорбцией; ионным обменом; физической адсорбцией; хемосорбцией; с установлением ковалентных или же нековалентных связей; с установлением водородных связей; Ван-дер-ваальсовым взаимодействием.

В результате сорбции могут образовываться коллоиды, происходить коагуляция вещества и последующее образование осадков.

Специалистам известны пять основных разновидностей оксидов графена по форме частиц:

Самые необычные — помпоны, то есть сростки лепестков графена в форме помпона или в форме детских шаров из гофрированной бумаги [04]. Они только в прошлом году получены в университете Енсе (Сеул, Южная Корея).

Рис. 4 Электронные фотографии помпонов оксида графена

Рис. 4 Электронные фотографии помпонов оксида графена

По степени окисления оксиды графена сильно различаются и могут содержать от 3% до 40% кислорода по массе. Широкие пределы химического состава (с учетом дополнительных легирующих атомов и групп) делают непростой задачу классификации и стандартизации оксидов графена. Тем более что состав может меняться не дискретно, а непрерывно. Однако для коммерческих нужд можно взять опыт классификаций природных алмазов, где международная классификация состоит из 3 тыс. сортов, абсолютно понятных профессионалам.

Коммерчески существенно то, что в 2014 году началось снижение базовых цен на графен и его оксиды вследствие прогресса в промышленных технологиях и расширения производственных мощностей в мире. Около 50 производителей графена и его производных жестко конкурируют, в том числе в ценовой политике. Снижение цен, как заявляют ведущие поставщики, такие как Advanced Chemicals Suppliers (США), Perpetuus Carbon (Англия), Graphenea (Испания), продолжится и в 2015 году. По предположениям специалистов, оно составит не менее 30%. Кроме того, при оптовых поставках предлагаются скидки до 40%. Ценовая доступность оксидов графена, несомненно, повышает их привлекательность для промышленного применения в инновационных секторах.

Сегодня цены на водную эмульсию оксида графена высокого качества находятся на уровне $50/г. В Китае предлагают продукты переменного качества за $20/г. Эти цены сопоставимы с ценой платины и некоторых редкоземельных металлов, которые широко используются в современных технических устройствах. То есть оксиды графена уже преодолели ценовой психологический барьер и могут использоваться в промышленных масштабах.

В США компания National Nanomaterials уже выпустила на рынок коммерческий продукт Graphenol — семейство функциализированных графенов, в том числе оксид графена [рис. 01].

Методы получения оксидов графена

Известны четыре основных метода получения оксида графена. Все они используют окисление кусочков графита в водной среде сильных кислот (например, концентрированной серной кислоты) в присутствии высокоактивных окислителей. За этими методами закрепились названия: Штауденмайера, Хофмана, Броди и Хаммерса. Существует множество их разновидностей. Изобретатели стремятся получить стабильное качество, минимизацию отбраковки и удешевление производства. Так, в РХТУ им. Д.И. Менделеева вьетнамский исследователь Нгуен Хыу Ван в 2014 году предложил двухстадийный метод получения оксида графена без использования сильных окислителей — путем анодного окисления графита в серной кислоте с микроволновым активированием процесса.

Для экзотических форм, например помпонов, разрабатываются отдельные технологии.

Сырье для оксидов графена сравнительно дешево. Промышленные аппараты из коррозионно-стойких сплавов дороги, но не безумно. Инфраструктура производства очевидна — на базе современных химических заводов. Проблема только в технологиях, которые авторами хранятся в строжайшем секрете. Интеллектуальная собственность вносит порядка 90% в рыночную стоимость современных товаров на основе оксидов графена. Но в обозримом будущем интеллектуальная маржа исчезнет. По-видимому, уже скоро стоимость оксидов графена приблизится к стоимости пенопласта и гипсокартона.

Первый двумерный

Оксид графена — это первый двумерный материал, достигший стадии коммерческого воплощения. Образно говоря, он пробивает дорогу другим двумерным материалам, например фосфорену (сетке фосфора), силицену (сетке кремния), силикатену (сетке диоксида кремния), германену (сетке германия), арсинену (сетке мышьяка), а также двумерным полимерам.

Из нано- и микрочастиц оксида графена уже научились делать сантиметровые образцы. Так, недавно китайскими учеными разработан новый материал. Он настолько легок, что удерживается на цветочных лепестках. Материал состоит из оксида графена и лиофилизированного углерода. Эта губчатая материя имеет плотность всего 0,16?мг/см3, что делает вещество самым легким из твердых материалов в мире [05].

Образец губчатой материи на основе оксида графена


Фото: EPA/ ТАСС

Многие эксперты предсказывают графену и оксидам графена феноменальный рост коммерческого потребления. Например, в отчете «Global Graphene Market (Product Type, Application, Geography) — Size, Share, Global Trends, Company Profiles, Demand, Insights, Analysis, Research, Report, Opportunities, Segmentation and Forecast, 2013-2020» авторы предсказывают рост рынка с $20 до $149 млрд, или на 44% в год.

На мировом рынке по активности лидируют такие корпорации, как CVD Equipment Corporation, Graphene Nanochem PLC, Vorbrck Materials, XG Sciences, Haydale Limited, Graphenea, Graphene Laboratories, Bluestone Global Tech, Angstron Material, Inc., ACS Material, LLC.

Обнадеживающие научно-технические перспективы делают графеновый бизнес привлекательным для все большего числа коммерческих структур по всему миру, в том числе в странах БРИКС. Существующие инновационные компании срочно включают графеновые продукты в свои стратегии. Наблюдается рост инвестиций в необходимые основные фонды, растет финансирование НИОКР. Имеет место и рост числа патентов устройств на базе графенов. При этом оксиды графена демонстрируют наибольший рост показателей.

Основными драйверами роста являются: 1) быстрое увеличение числа производителей графена и его производных; 2) растущая адаптация графеновых продуктов различными областями народного хозяйства; 3) все более точная фокусировка НИОКР в области сорбентов на основе оксидов.

В новом законе РФ «О промышленной политике» (подписан президентом в декабре 2014 года) среди других задач сформулирована задача снижения рисков чрезвычайных происшествий в промышленности. Сорбенты на основе графена сюда полностью вписываются.

---

Области применения — —

человек

Среди различных применений оксидов графена биомедицинские и фармакологические вызывают самый большой интерес, поскольку эти вещества обладают уникальными свойствами селективности. Комбинируя функциональные группы (гидроксильные, эпоксильные, карбонильные и т.д.), разные оксиды графена позволяют осуществлять разнообразные виды взаимодействий с биомолекулами посредством электростатического притяжения, п-п стэкинга (п-п stacking) и водородных связей.

Биомедицинское применение сорбционных свойств оксидов графена — относительно новая область со значительным потенциалом. За последнее десятилетие была проведена большая работа по изучению возможностей использования оксида графена, начиная от поставки лекарств / генов, биологического обнаружения и визуализации, антибактериальных материалов, до использования как биосовместимого каркаса для клеточной культуры.

Одним из методов использования оксида графена является диагностика раковых заболеваний. Уникальные электрические и оптические свойства графена предоставляют возможность обнаружения биомаркеров (индикаторов раковых заболеваний на ранних стадиях). Сенсоры данного типа были разработаны на основе оксида графена, который выступал как сорбент биологических объектов. Создаваемые на базе графена электрохимические устройства способны как детектировать биомаркеры, так и помогать изучать процессы образования активных форм кислорода в живых клетках.

Второй важной областью применения оксида графена является система адресной доставки диагностических и лекарственных средств. Уже осуществлено успешное использование оксида графена с магнитными наночастицами, выступающими в качестве носителей противораковых препаратов, нуклеотидов, пептидов, флуоресцентных агентов. Наиболее актуальным является направление, связанное с адресной доставкой короткоживущих радионуклидов к раковым клеткам, что позволит проводить эффективное направленное безоперационное лечение многих видов рака. Радионуклиды, которые предполагается использовать в сорбционном состоянии на носителях из оксида графена, — это короткоживущие альфа- (213Bi, 225Ac), бета- (90Y, 177Lu) или Оже- (67Ga) излучатели.

Третьим направлением является создание сорбционных биодатчиков на основе оксида графена. В частности, доказано выборочное обнаружение ДНК в растворах. Также было доказано, что оксид графена может доставить абсорбированные олигонуклеотиды в живые клетки для обнаружения биомолекул.

Наконец, оксиды графена способны ускорить рост, дифференцировку и пролиферацию стволовых клеток и, следовательно, весьма перспективны в тканевой инженерии, регенеративной медицине и других биомедицинских областях. Систематическое изучение очень желательно для решения проблем безопасности перед практическим применением графена в биомедицине.

Исследования биомедицинских применений графена расширяются, но пока в основном находятся на начальной стадии. Успехи в этой области — захватывающие и обнадеживающие, но существует и ряд проблем, которые еще должны быть решены. Одной из них является детальное понимание взаимодействия «графен — живая ткань», особенно механизма клеточного поглощения. Такое знание способствует развитию эффективной доставки лекарств, биодатчиков и других применений.

Области применения —

окружающая среда

Преконцентратор

Оксиды графена, а также композиты на их основе — перспективные материалы для контроля окружающей среды (в первую очередь это касается промышленных отходов). В отдельных случаях их можно рассматривать как резервный материал для экстренного обеззараживания воздуха и жидких отходов.

Кислородсодержащие функциональные группы на краях и в плоскости оксидов графена способны как к ковалентным, так и к нековалентным взаимодействиям с различными молекулами. Более того, значительная по величине удельная поверхность оксидов графена позволяет поглощать существенные количества ионов тяжелых металлов и органических специй. Благодаря особенностям приповерхностной химии и разных типов архитектуры конгломератов на основе оксидов графена, имеются многочисленные возможности для селективных каталитических процессов разложения вредных газов на безопасные производные. В этом оксиды графена на порядки превосходят активный уголь, так хорошо себя зарекомендовавший во время двух мировых войн в индивидуальных противогазах и фильтрах убежищ.

В экологическом аспекте оксиды графена в ближайшей перспективе актуальны как преконцентранты трасовых количеств (preconcentration of trace amounts) вредных веществ — в целях мониторинга всех компонентов окружающей среды. Благо больших количеств сорбента и не потребуется, поскольку в последнее время хорошее развитие получил метод так называемой дисперсивной микроэкстракции твердой фазой — dispersive micro-solid phase extraction (DMSPE). Этот метод позволят надежно определять ионы тяжелых металлов в концентрации порядка 1 нанограмма / миллилитр.

В частности, в России и США ведутся разработки способов контроля воды на полях добычи нефти и газа в условиях высокой степени обводненности, в том числе при добыче углеводородов технологиями гидроразрыва пласта (так называемые сланцевая нефть и газ). Предотвращение попадания этих вредных веществ в системы гражданского водоснабжения — важная гуманитарная задача.

Области применения —

индустрия

Индустриальные применения сорбентов на основе оксидов графена также весьма многочисленны.

Это, во?первых, дезактивация зараженных природных и техногенных объектов. Выделение долгоживущих радионуклидов из водных растворов различного состава является важной проблемой, решение которой необходимо как для развития технологий замкнутого ядерного топливного цикла, так и реабилитации территорий, загрязненных радионуклидами. Для России и стран бывшего СССР остро стоят проблемы очистки загрязненных почв, подземных и поверхностных вод и других объектов от радионуклидов (радионуклиды на заброшенных урановых месторождениях, хвостохранилищах). Соответствующие технологии должны быть относительно дешевы, эффективны и позволять перерабатывать значительные объемы водных растворов. В поиске таких технологий изучаются различные материалы, способные эффективно сорбировать радионуклиды. В их числе наночастицы оксидов металлов (гематита, оксида титана, ферригидрита и пр.) и углеродные наноматериалы, в том числе оксид графена, углеродные нанотрубки, наноалмазы.

Во-вторых, это суперчистые помещения для производства электронных компонентов специального назначения. Они требуют минимального наличия примесей в производственных зонах, а это могут обеспечить фильтры на основе оксидов графена.

Сравнительная сорбция ионов урана оксидом графена, бентонитом и активированным углем

Сравнительная сорбция ионов урана оксидом графена, бентонитом и активированным углем

В-третьих, тонкие химические технологии могут совершить прорыв за счет уникальных сорбционных свойств оксидов графенов. В частности, речь идет о новых технологиях извлечения редких, рассеянных и радиоактивных металлов, а также золота из бедных источников, в том числе техногенных.

Примером успешных разработок, закрепленных международным патентом, являются сорбенты на основе оксидов графена, разработанные на кафедре радиохимии Химического факультета МГУ им. М.?В. Ломоносова. Работы проведены в кооперации с коллегами из США. По мнению авторов изобретения, такие сорбенты можно использовать в принципиально новой технологии очистки жидкостей, например в атомных электростанциях. Основные ее преимущества — простота и высокая эффективность. В частности, при сорбции ионов урана оксиды графена намного превосходят ближайшие аналоги [рис.03 ].

Технологическая схема получения помпонов из графена

Ультразвуковое сопло испускает микрокапли суспензии, состоящей из наноразмерных чешуек оксида графена. Капли попадают в горячий (160°C) раствор восстановителя в органическом растворителе. В «горячей бане» происходит восстановление оксида графена. Чешуйки графена затем слипаются в форме помпона.

рис. 02 Схема взаимодействия двух пептидов через стадию сорбции одного из них на поверхности оксида графена

Ярким примером применения оксидов графена является исследование сотрудников университета Фучжоу (Fuzhou University, Китай). Сорбционная система на основе оксида графена является недорогим методом определения взаимодействий «белок-белок». Для разработки лекарств на основе пептидов необходимо определять, каким образом связанный с заболеванием белок взаимодействует с пептидами. А для этого необходимо уметь обнаруживать сигнал, свидетельствующий о взаимодействии белков с пептидами. Обычно для этого применяется спектроскопия флуоресцентного резонансного переноса энергии (fluorescence resonance energy transfer (FRET) spectroscopy).

Оксид графена гасит флуоресценцию пептида, меченого пиреновыми фрагментами (звездочка с зеленой цепью), когда пиреновый фрагмент сближается с углеродным слоем (центральный фрагмент рисунка). Однако, когда с пептидом связывается белок, пептид отрывается от слоя оксида графена и флуоресценция возобновляется (розовая звездочка на правом фрагменте).

Исследователи протестировали свой метод на пептиде, который является индикатором ВИЧ-инфекции. Положительный результат обнаружили и для пары пептид и белок — ?-бунгаротоксин (?-bungarotoxin), выделяемый из яда змеи.

Финансирование работ по оксиду графена в РФ осуществляется десятками грантов по нескольким направлениям, например гранты Президента РФ МК-7155.2013.3 и МК-5847. 2014.3; РФФИ N12-03-00533, 12-03-00615, 14-23-01015 и 14-29-04071; в рамках Программы фундаментальных исследований ОХНМ РАН N ОХ2.4; грантами Роснано (соглашение МГУ-06/1) и программой УМНИК и т.д.

При взаимодействии с водородом графен превращается в графан • Юрий Ерин • Новости науки на «Элементах» • Физика, Химия, Наука в России, Нанотехнологии

Хотя графит известен как одно из самых инертных химических веществ, группе ученых из Англии, Голландии и России удалось добиться химической реакции единичного атомного слоя графита — графена — с водородом. В результате образуется совершенно новое вещество — графан, которое при очень низких температурах ведет себя как изолятор. Наблюдения с помощью просвечивающего электронного микроскопа показывают, что графан тоже обладает двумерной гексагональной кристаллической структурой, но с более коротким шагом решетки, чем у графена.

О плоском монослое атомов углерода, плотно упакованных в гексагональную кристаллическую решетку, или, проще говоря, графене, написано столько, что кажется, что чем-то новым никого уже не удивишь. Но, как оказалось, возможно. «Графенную экзотику» еще можно получить на стыке физики и химии. Если химическое взаимодействие структурного «родственника» графена, углеродной нанотрубки, с другими элементами изучено уже довольно хорошо, о химических реакциях с участием самого графена почти ничего не известно.

Группе ученых из Англии, России и Голландии путем гидрирования (взаимодействия с водородом) удалось превратить графен в новое вещество — графан. Об этом сообщается в статье Control of Graphene’s Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane, опубликованной в одном из последних выпусков журнала Science. Что интересно, в число авторов работы входят Эндрю Гейм и Костя Новосёлов — ученые, первыми получившие графен.

Впервые термин «графан» появился в 2006 году — в статье американских физиков-теоретиков Graphane: a two-dimensional hydrocarbon, опубликованной в архиве препринтов, а затем в журнале Physical Review B. В этой работе теоретически показано, что в результате взаимодействия графена с атомарным водородом может образоваться новое вещество с химической формулой CH — это вещество и было названо графаном. Кристаллическая структура графана, так же как и графена, — двумерная гексагональная. При этом атомы водорода присоединяются по обе стороны от плоскости атомов углерода. Кроме этого, авторы статьи дополнительно рассчитали зонную структуру нового материала, предсказали, что графан должен быть полупроводником, а также обсудили вероятные способы получения нового вещества и его возможное применение в электронике. И вот теперь настало время практической реализации предсказанного материала, а заодно и проверки расчетов теоретиков.

Как же был получен графан? Исходный материал — кристаллы графена — был приготовлен традиционным образом — микромеханическим отшелушиванием слоев графита, находящегося на подложке из оксида кремния (толщина подложки составляла 300 нм). В том, что получен именно единичный слой атомов углерода, исследователи убеждались оптическими методами и с помощью рамановской спектроскопии. Далее полученный графен отжигался при температуре 300°C в атмосфере аргона в течение 4 часов. (Эта процедура необходима для избавления кристаллов исходного материала от возможных примесей и загрязнений.) Затем образцы графена подвергались воздействию так называемой «direct-current» плазмы — смеси аргона и молекулярного водорода (доля Н₂ составляла 10%), находящейся при низком давлении — около 0,1 миллибара (1 миллибар = 100 Па). «Direct-current» плазма создавалась с помощью разряда между алюминиевыми электродами (отсюда ее название). Чтобы избежать возможного повреждения ионами, образующимися в плазме в результате облучения, графенные плоскости располагались на расстоянии 30 см от зоны разряда. После того как образцы два часа находились в плазме, и получался графан. На рис. 1 приведено сравнение кристаллической структуры графена (A) и графана (B).

Чтобы удостовериться в том, что получено действительно новое вещество, ученые повторили описанные выше манипуляции с графеном, но уже без 10-процентной примеси водорода в плазме, и с помощью рамановской спектроскопии убедились, что никаких трансформаций графена в другое вещество не происходило.

Проведенные резистивные измерения подтверждают теоретические предсказания полупроводниковых свойств графана. График на рис. 2 показывает температурную зависимость сопротивления нового материала (голубые квадраты). Как видим, с ростом температуры T сопротивление ρ уменьшается, как и у полупроводников. При переходе от температуры 300 К к температуре жидкого гелия (около 4 К) графан проявляет изолирующие свойства: его сопротивление вырастает на два порядка, а подвижность зарядов по сравнению с графеном падает более чем в 1000 раз. Собственно, зависимость ρ(T) хорошо приближается функцией exp[(T₀/T)^1/3], где T₀ — некоторая температура, равная приблизительно 250 К.

Любопытно, что реакция гидрирования графена является обратимой, и графан можно снова превратить в графен с помощью отжига при температуре 450°C в течение 24 часов. Свойства такого отожженного графена практически не изменяются: его сопротивление опять слабо зависит от температуры и подвижность зарядов возвращается почти на прежний уровень.

Источник: D. C. Elias, R. R. Nair, T. M. G. Mohiuddin, S. V. Morozov, P. Blake, M. P. Halsall, A. C. Ferrari, D. W. Boukhvalov, M. I. Katsnelson, A. K. Geim, K. S. Novoselov. Control of Graphene’s Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane // Science. 2009. V. 323. P. 610–613.

Юрий Ерин

Графен | AMERICAN ELEMENTS ®

View the history of American Elements on Wikipedia

PRODUCT	Product Code	ORDER	SAFETY DATA	TECHNICAL DATA
Graphene	C-GENE- 01-NFK	Цены >	Паспорт безопасности >	Спецификация >

Свойства графена (теоретические)

Молекулярная масса	12,01
Внешний вид	Черный твердый солидный	Плотность	2,267 г/см3
Растворимость в воде	Н/Д
Удельное электрическое сопротивление	Н/Д 40044 Electronegativity	2. 55 Paulings
Тепло в результате слияния	117 кДж/моль
Тепло испарения	128 K-Cal/Gm Atom при 4612 ° C	128 K-Cal/Gm при 4612 ° C	128 Kal/Gm.
Прочность на растяжение	Н/Д
Теплопроводность	119-165 Вт/м/К

9039 Информация о графене0002

Signal Word	N/A
Hazard Statements	N/A
Hazard Codes	N/A
RTECS Number	N/A
Transport Информация	N / A
MSDS / SDS	Запрос MSDS / SDS

о графене

Графен -это плоская лишка с плоским атмомом. Угоночный аткот. решетчатая структура. Это основной структурный элемент графита, углеродных нанотрубок и фуллеренов. Образцы графена доступны в виде нанохлопьев на Si/SiO ₂ пластины-подложки. Каждый слой моноатомно тонкий и имеет толщину ~0,34 нм, хотя возможно получение многослойных чешуек. Используя микроскопические изображения, можно легко найти чешуйки и обработать их с помощью методов микроэлектронного изготовления. Графен — первый пример действительно двумерных кристаллов, придающих ему новые электронные и механические свойства. Из-за его высокой электронной подвижности, структурной гибкости и способности переключаться с легирования p-типа на n-тип при приложении напряжения на затворе графен считается потенциальным прорывом с точки зрения наноэлектроники на основе углерода. Исследования в области применения нанолистов углеродного графена были сосредоточены на использовании в качестве платформ для микрочипов следующей волны, активных материалов в матрицах полевых эмиттеров для плоских экранов, в биологических датчиках и медицинских устройствах визуализации, в солнечных элементах и ​​на больших поверхностях. электроды для использования в биологических науках. Графен является возможной заменой материала там, где в настоящее время используются углеродные нанотрубки. American Elements производит графеновые пленки на различных подложках, включая медную фольгу, кремниевые пластины, диоксид кремния, ПЭТ, пластик и кварц; другие формы включают графен с покрытием и легированный азотом, карбоксильный графен и графен промышленного качества. Графен American Elements доступен в однослойной и многослойной формах, а также в виде дисперсии. Доступна дополнительная техническая информация, информация об исследованиях и безопасности (SDS).

Graphene Synonyms

Graphene nanopowder, 2D carbon, monolayer graphene, bilayer graphene, graphene nanosheets, graphene nanoribbons, graphene nanoplatelets, graphene nano-onions, grafen

Chemical Identifiers

0024

Linear Formula	C
MDL номер	MFCD00144065
ЕС №	231-955-3
Beilstein/Reaxys 8 №
Pubchem CID	5462310
IUPAC Name	Carbon
SMILES	C
InchI Identifier	InChI=1S/C
InchI Key	OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA -N

Покупатели графена также просматривали

Графеновые нанопластинки	Монослойный графен	Nitrogen/Phosphorus co-doped Graphene
Phosphorus-doped Graphene	Sulfur-doped Graphene	Nitrogen/Sulfur co-doped Graphene
Nitrogen-doped Graphene	Графен, легированный бором	Графен, легированный бором/азотом

Родственные применения, формы и отрасли для графена

Спецификации упаковки

Типичная оптовая упаковка включает пластиковый поддон на 5 галлонов/25 кг. ведра, волокнистые и стальные барабаны до 1-тонных супермешков в количестве полного контейнера (FCL) или загрузки грузовика (T/L). Исследования и образцы, а также гигроскопичные, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут быть упакованы в аргоне или вакууме. Отгрузочная документация включает сертификат анализа и паспорт безопасности (SDS). Растворы упаковываются в полипропиленовые, пластиковые или стеклянные банки, вплоть до контейнеров для жидкостей на поддонах емкостью 440 галлонов и автоцистерн на 36 000 фунтов.

Способы оплаты

American Elements принимает чеки, банковские переводы, ACH, большинство основных кредитных и дебетовых карт (Visa, MasterCard, AMEX, Discover) и Paypal.

Для удобства наших международных клиентов American Elements предлагает следующие дополнительные способы оплаты:

Банковский перевод SOFORT для Австрии, Бельгии, Германии и Швейцарии Карты JCB для Японии и всего мираBoleto Bancario для БразилииiDeal платежи для Нидерландов, Германии, Австрии, Бельгия, Италия, Польша, Испания, Швейцария и ВеликобританияКарты GiroPay для ГерманииКарты Dankort для ДанииКарты Elo для БразилииКарты eNETS для СингапураCartaSi для ИталииКарты Carte-Bleue для ФранцииКарты UnionPayHipercard для БразилииКарты TROY для ТурцииКарты BC для Южной КореиRuPay для Индии

Сопутствующие элементы

6 C 12. 010700000 Углерод

См. больше Углеродные изделия. Углерод (атомный символ: C, атомный номер: 6) является элементом блока P, группы 14, периода 2. Число электронов в каждой из оболочек углерода равно 2, 4, а его электронная конфигурация — [He]2s ² 2p ² . В своей элементарной форме углерод может принимать различные физические формы (известные как аллотропы) в зависимости от типа связей между атомами углерода; наиболее известными аллотропами являются алмаз, графит, аморфный углерод, стеклоуглерод и наноструктурированные формы, такие как углеродные нанотрубки, фуллерены и нановолокна. Углерод является одновременно одним из самых мягких (как графит) и самых твердых (как алмаз) материалов, встречающихся в природе. Это 15-й по распространенности элемент в земной коре и четвертый по распространенности элемент (по массе) во Вселенной после водорода, гелия и кислорода. Углерод был открыт египтянами и шумерами около 3750 г. до н.э. Впервые он был признан элементом Антуаном Лавуазье в 1789 году. .

Недавние исследования

Синтез графеновых квантовых точек, легированных азотом и хлором, для визуализации раковых клеток.

Высокочувствительное и селективное обнаружение Cr(VI) и аскорбиновой кислоты на основе углеродных точек, легированных азотом.

Графеновая квантовая точка, легированная азотом, для прямого флуоресцентного обнаружения Al(3+) в водных средах и живых клетках.

Супермикрочастицы кобальта, закрепленные на графене, легированном азотом, для окисления анилина на основе сульфатных радикалов.

Множественные характеристики теплового спинового переноса гетероперехода графеновой наноленты, совместно легированной азотом и бором.

Трехмерная пена графена, легированная азотом, в качестве безметаллового катализатора для гидрирования восстановления п-нитрофенола.

Синтез и характеристики, зависящие от нагрузки, тройных композитных электродов из легированного азотом графенового пенопласта/углеродных нанотрубок/оксида марганца для высокоэффективных суперконденсаторов.

Контролируемый синтез легированного азотом графена на рутении из азафуллерена.

Имплантация германия в графен.

Новый трехмерный графеновый нанокомпозит со встроенным золотым наностержнем для селективного биозахвата при быстром обнаружении микобактерий туберкулеза.

Исследователи открыли новый процесс создания отдельно стоящих мембран из «умных» материалов

www.ChemistryIsLife.com прочнее стали, лучший проводник, чем любой другой материал, и революционное вещество. Я решил исследовать это, потому что это довольно новое открытие в области технологий, физики и химии — во всех областях, которыми я надеюсь заниматься в колледже. Из-за своего недавнего открытия графен все еще находится на начальной стадии массового производства, поэтому в повседневной жизни его нет. Тем не менее, исследования графена находятся на подъеме, и продукты, связанные с графеном, действительно можно купить. С открытием более эффективных методов производства графен будет чаще встречаться в нашей повседневной жизни.

Состав …

Основным и единственным компонентом графена является углерод. Графен — это всего лишь версия более распространенной природной формы углерода графита толщиной в один атом. Графен состоит из изотопа углерода-12 основного элемента углерода, что означает, что он имеет 6 протонов, 6 нейтронов и 6 электронов. Самый внешний энергетический уровень имеет 4 валентных электрона, что значительно облегчает создание связей с другими атомами. атомы углерода создают шестиугольную структуру, из которой вытекают многие свойства графена.

Основные химические вещества, соединения, компоненты

Как указывалось ранее, графен полностью состоит из атомов углерода-12. Каждый атом углерода связан с тремя другими атомами углерода. Единственный способ, которым это может произойти, — это шестиугольный узор. Этот шестиугольный узор может повторяться снова и снова для любой длины. Структура способствует большинству свойств графена. Важные свойства проводимости тепла и электричества проистекают из этой структуры. Электроны могут свободно перемещаться по высокосвязанной структуре, и тепло очень легко передается через форму. Еще один важный аспект структуры заключается в том, что на самом базовом уровне графен имеет толщину в один атом, но его можно накладывать друг на друга для создания связной многослойной структуры. В самом простом масштабе графен считается двумерным, что является еще одним замечательным свойством.

Роль химии

Как и все в этом мире, графен имеет большое значение для химии. Первый вопрос, который нужно задать, заключается в том, встречается ли графен в природе в этом мире. Ответ на это и да, и нет. Графит, встречающаяся в природе форма углерода, состоит из множества слоев графена. Однако графен не существует в природе в однослойной форме. Поскольку он разделен в лаборатории, это означает, что его трудно создавать в больших количествах, что увеличивает ценность продукта. Способ создания графена удивительно прост, но требует очень много времени. В то время как ученые пытаются найти более эффективный метод, в настоящее время наиболее часто используется метод скотча. На самом базовом уровне ученые накладывают ленту на графит и отклеивают ее, для чего требуется всего несколько слоев графита. Этот процесс повторяется до тех пор, пока он не станет толщиной в один слой.

Графен обладает множеством потрясающих качеств, и все они обусловлены его химическим составом. Одним из важных аспектов графена является то, что он прозрачен. Он поглощает всего 2% падающего на него света. Это потому, что между этими атомами есть пространство, и из-за его абсолютной тонкости. Стопка слоев графена улавливала бы больше света, но графен настолько тонкий, что пропускает большую его часть. Еще одной важной характеристикой, которую можно объяснить с помощью химии, является его прочность, которая в 200 раз прочнее стали. Каждый углерод связан с тремя другими атомами углерода, и эти связи очень прочны, потому что они ковалентны. Это удивительно, потому что он также очень гибкий. Графен также является одним из лучших проводников электричества. Это связано с тем, что электроны, основа электричества, могут течь через прочно связанные ковалентно связанные атомы углерода. Ковалентные связи позволяют электронам двигаться быстрее, и шестиугольная форма способствует этому. Графен также является лучшим проводником тепла, известным человеку. Он превосходит все другие материалы. Он также невероятно легкий, его вес составляет всего 0,78 миллиграмма на квадратный метр, а это означает, что лист графена размером с футбольное поле будет весить около 3,8 грамма. Один важный факт о графене заключается в том, что, когда он становится слишком большим, он теряет некоторые из своих свойств.

Фоновые исследования

Впервые графен был открыт в 2004 году Андреем Геймом и его ассистентом Костей Новоселовым, профессорами Манчестерского университета. Хотя именно они открыли его, концепция графена была впервые исследована П. Р. Уоллесом в 1947 году, который исследовал свойства трехмерного аналога графена, графита. Прежде чем был выделен монослойный графен, на других металлах «выращивали» другой тип графена, называемый эпитаксиальным графеном. Теперь сбор графена осуществляется с помощью микромеханического расщепления или с помощью клейкого вещества, позволяющего брать несколько слоев объемного графита за раз. Когда этот процесс повторяется, можно извлечь один слой графена. Поскольку графен представляет собой однослойный материал, он обладает свойствами огромной прочности, высокой проводимости тепла и электричества и почти прозрачностью.

Ресурсы

http://www.graphenea.com/pages/graphene#.VmjjVBqDGkq

Что такое графен?

Чистый углерод

Шестиугольная форма

Однослойный, толщиной в один атом

Длина связи молекулы 0,124 нанометра

Это самая маленькая форма графита. известна человеку

В 100-300 раз прочнее стали

Свойства графена

Основные характеристики

http://www.newyorker.com/magazine/2014/12/22/material-question

Как это открыли Андрей Гейм и Кости Новоселов

Свойства

http://www.