Графен и его создатели. Справка
https://ria.ru/20101005/282481792.html
Графен и его создатели. Справка
Графен и его создатели. Справка — РИА Новости, 05.10.2010
Графен и его создатели. Справка
Нобелевская премия 2010 года по физике присуждена выходцам из России, работающим в Великобритании — Константину Новоселову и Андрею Гейму — за создание графена, РИА Новости, 05.10.2010
2010-10-05T15:55
2010-10-05T15:55
2010-10-05T15:55
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/282481792.jpg?1286279714
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2010
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
справки, лауреаты нобелевской премии 2010 года
Справки, Лауреаты Нобелевской премии 2010 года
Нобелевская премия 2010 года по физике присуждена выходцам из России, работающим в Великобритании — Константину Новоселову и Андрею Гейму — за создание графена, объявила Шведская академия.
Премия ученым присуждена «за новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена», говорится в сообщении на сайте премии.
Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, соединенных между собой структурой химических связей, напоминающих по своей геометрии структуру пчелиных сот.
Графен обладает высокой прочностью, он прозрачен в силу своей чрезвычайно малой толщины. Кроме того, графен является прекрасным проводником электрического тока, что делает его очень привлекательными для использования в качестве прозрачных электродов солнечных батарей или сенсорных дисплеев.
Будучи открытым всего несколько лет назад (в 2004 г.) учеными Константином Новоселовым и Андреем Геймом, работающими ныне в Манчестерском университете, графен быстро завоевал право называться материалом — преемником кремния, так как вскоре после начала его интенсивного изучения стало понятно, что по многим параметрам он превосходит наиболее широко используемый полупроводник.
Благодаря своим свойствам, графен считается следующим поколением материалов, которые найдут свое применение в наноэлекронике. Он позволит существенно повысить скорость работы вычислительных машин, снизить их энергопотребление и нагревание в ходе работы, сделать их легкими. Графен также может быть использован в качестве замены тяжелых медных проводов в авиационной и космической индустрии, а также в широком наборе гибких электронных устройств, прототипы которых разрабатываются в наши дни.
Главный из существующих в настоящее время способов получения графена основан на механическом отщеплении или отшелушивании слоев графита. Он позволяет получать наиболее качественные образцы с высокой подвижностью носителей. Этот метод не предполагает использования масштабного производства, поскольку это ручная процедура.
Другой известный способ — метод термического разложения подложки карбида кремния гораздо ближе к промышленному производству.
Поскольку графен впервые был получен только в 2004 г.
, он еще недостаточно хорошо изучен и привлекает к себе повышенный интерес. Данный материал не является просто кусочком других аллотропных модификаций углерода: графита, алмаза – из-за особенностей энергетического спектра носителей он проявляет специфические, в отличие от других двумерных систем, электрофизические свойства.
Согласно расчетам, микроэлектронные чипы на основе графена должны быть легче, производительнее, стабильнее в работе, должны потреблять меньше электроэнергии и меньше ее количество рассеивать в виде тепла. Наибольшая сложность в создании готовых электронных устройств на основе графена до сих пор заключалась в технической сложности получения углеродного листа больших размеров и отсутствия технологий манипуляций с ним.
В июне 2010 г. в Nature Nanotechnology была опубликована статья группы исследователей из Кореи и Японии, которые впервые сумели использовать углеродный наноматериал графен для создания сенсорного экрана с большой диагональю, что может приблизить появление гибких дисплеев и солнечных батарей и позволит существенно снизить их стоимость.
Ученые впервые сумели показать, что манипуляции с графеном возможны по принципам стандартной роликовой технологии, используемой, например, при печати газет и журналов. В своей работе они сумели получить большой лист графена, используя метод реакционного химического осаждения углеводородного сырья на гладкую пластину из меди. После этого с помощью роликов ученые покрыли графен слоем специального клейкого полимера, а медную подложку растворили травлением.
На следующем этапе ученые с помощью все той же роликовой технологии при нагревании перенесли графен с клейкой поверхности полимера на обычный пластик, используемый, например, для производства бутылок прохладительных напитков. Авторы публикации показали, что таким образом можно нанести несколько слоев графена друг на друга.
Полученный таким образом прямоугольный графеновый лист с диагональю 76 см ученые сумели превратить в прозрачный электрод для сенсорного дисплея. Такой дисплей, в отличие от современных аналогов, где в качестве прозрачного проводника используется оксид индия-олова, отличаются долговечностью, гибкостью, повышенной прозрачностью и, что наиболее важно, низкой стоимостью и экологичностью производства.
Создатели графена:
Андрей Гейм родился в Сочи в 1958 г., сейчас имеет голландское гражданство.
В 1982 г. окончил МФТИ, факультет общей и прикладной физики, получил степень кандидата физико-математических наук в Институте физики твердого тела АН СССР.
Работал научным сотрудником в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН в подмосковной Черноголовке, Ноттингемском университете, университете Бат (Великобритания), в университете Неймегена (Нидерланды), с 2001 г. — в Манчестерском университете.
В настоящее время Андрей Гейм – руководитель Манчестерского центра по мезонауке и нанотехнологиям, а также глава отдела физики конденсированного состояния.
Константин Новоселов родился в Нижнем Тагиле в 1974 г., сейчас имеет британское и российское гражданство.
В 1997 г. окончил МФТИ, факультет физической и квантовой электроники.
В настоящее время является профессором университета Манчестера.
Совместная работа выходцев из Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН в подмосковной Черноголовке в Университете Манчестера началась в 2001 г., когда Гейм был приглашен на должность директора Центра мезонауки и нанотехнологии Манчестерского университета. Константин Новоселов, стипендиат Фонда Леверхульма, присоединился к новым исследованиям своего соотечественника.
Гейм и Новосёлов – лауреаты премии Европейского Физического общества Europhysics Prize 2008 г. Эта высокая европейская награда присуждается ежегодно с 1975 года. Официальная формулировка присуждения премии размером в 10 тысяч евро: «за открытие и выделение свободного одноатомного слоя углерода, и объяснение его выдающихся электронных свойств».
5 октября 2010 г. стало известно, что Константину Новоселову и Андрею Гейму присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике.
Премия ученым присуждена «за новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена», говорится в сообщении на сайте премии.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников
Учёные изобрели способ массового производства графена / Хабр
Графен, материал XXI века, который в сотни раз прочнее стали, но в разы легче, станет более доступным.
При всех удивительных свойствах графена, таких как его гибкость и электропроводность, которые делают его неоценимо важным для многих отраслей, единственным ограничением для его широкомасштабного применения является высокая цена.
Поэтому открытие, совершённое на днях учёными из Имперского колледжа Лондона, описанное в научной работе Real-time monitoring and hydrodynamic scaling of shear exfoliated graphene, должно существенно приблизить нас к высокотехнологичному будущему.
В чём состоит открытие?
Среди множества способов производства графена, можно выделить 2 типа:
1. От меньшего к большему. Создание слоёв графена атом за атомом (например, осаждение атомов углерода из газов, таких как метан (CH₄) на медную фольгу благодаря нагреванию и резкому охлаждению) позволяет получить графен высокого качества ценой огромных временных затрат
2.
От большего к меньшему. Различные способы расслоения графита (эксфолиация) позволяют быстрее получить графен, но его качество оказывается ниже
Учёные из Имперского колледжа Лондона взяли за основу второй метод, который благодаря своей скорости имеет потенциал стать методом массового производства. Они решили проблему низкого качества получаемого графена, внедрив новый процесс мониторинга в технологию производства.
Благодаря надёжному недорогому (5 долларов США) методу спектроскопического анализа с использованием недорогой оптоэлектроники, учёные получили возможность производить измерения качества и концентрации графена в реальном времени в процессе производства.
Таким образом, если раньше в процессе производства возникала проблема, учёные не знали о ней до тех пор, пока процесс эксфолиации не завершится, позволив извлечь графен и проанализировать его.
То теперь, благодаря новой технике, учёным не нужно останавливать производство и они могут осуществлять мониторинг в реальном времени и в случае необходимости вносить изменения, чтобы не допустить снижения качества и получить именно то, что им нужно.
Цена графена
Цена графена, произведённого по новой технологии, зависит от многих факторов. Но очевидно, что контроль над процессом в реальном времени позволит создавать более качественный графен, что сделает графен высокого качества более доступным для использования во многих сферах.
Это продолжит тренд ежегодного снижения цены графена и его массовая интеграция в нашу повседневную жизнь уже не за горами.
Даже при текущей цене, графен уже используется в некоторых областях. Например, для отвода тепла в смартфоне HUAWEI Mate 30 Pro. Как гласит официальный сайт HUAWEI:
Усовершенствованная система теплоотвода смартфона создана с использованием графеновой пленки, одного из самых эффективных материалов, применяемых для отвода тепла. Благодаря этому HUAWEI Mate 30 Pro способен быстро рассеивать тепло и не перегреваться в течение долгого времени.
К тому же, в трамваях Варшавы теперь будут применяться новые ионисторы от эстонской компании Skeleton Technologies, которые благодаря использованию графена превосходят ионисторы от Maxwell, Ioxus и JM Energy по плотности энергии и имеют более низкий ЭПС.
Экологичность
Учитывая, что графен войдет в нашу повседневную жизнь в виде множества товаров, улучшенных благодаря его свойствам — прогнозируемые объёмы производства графена в XXI веке очень высоки.
В связи с этим, доктор Камиль Пети, материаловед из Имперского колледжа Лондона, соавтор исследования, отметила важность совершённого открытия для экологии:
Исследование демонстрирует, что 2D материалы можно производить, используя экологичные растворители вместо токсичных химикатов, которые обычно применяют, не жертвуя при этом качеством
Кроме того, она добавила, что мониторинг процесса производства графена в реальном времени ускорит тестирование новых экологичных растворителей.
P. S. Эта статья была также опубликована в моём блоге на Яндекс.Дзен.
Этот месяц в истории физики: октябрь 2009 г.
Сканирующая электронная микрофотография сильно скомканного листа графена на кремниевой пластине (Фонд фундаментальных исследований материи, Нидерланды).
Ученые часто находят оригинальные способы достижения своих исследовательских целей, даже если эта цель представляет собой действительно двумерный материал, который, по мнению многих физиков, невозможно вырастить. В 2003 году один гениальный физик взял блок графита, немного скотча и много терпения и настойчивости и создал великолепный новый чудо-материал, который в миллион раз тоньше бумаги, прочнее алмаза, более проводящий, чем медь. Он называется графеном, и он покорил сообщество физиков, когда в следующем году появилась первая статья.
Человек, впервые открывший графен вместе со своим коллегой Костей Новоселовым, — Андрей Гейм. Гейм учился в Московском физико-техническом университете и защитил кандидатскую диссертацию в Институте физики твердого тела в Черноголовке, Россия. Он провел два года в Институте технологии микроэлектроники, а затем получил стипендию в Ноттингемском университете в Англии. В 1994 году он поступил на факультет Неймегенского университета в Нидерландах, а в 2001 году вернулся в английский Манчестерский университет, где стал директором Центра мезонауки и нанотехнологий.
Гейм умеет находить причудливые, но важные объекты исследования. Он попал в заголовки газет в 1997 году, когда использовал магнитное поле для левитации лягушки, за что получил Шнобелевскую премию в 2000 году. что «Х. А. М. С. тер Тиша» внес «наиболее непосредственный вклад» в эксперимент по левитации. (Согласно Википедии, хомяк позже подал заявку на получение докторской степени в Университете Неймегена.) А в 2007 году его лаборатория разработала микротехнологический клей, имитирующий липкие подушечки лап ящерицы геккона.
Гейм сказал, что его основная исследовательская стратегия состоит в том, чтобы использовать любые доступные ему исследовательские средства и пытаться сделать что-то новое с имеющимся оборудованием. Он называет это своей «доктриной Лего»: «У вас есть все эти разные детали, и вы должны построить что-то строго на основе этих частей». В случае с графеном его лаборатория была хорошо оборудована для изучения небольших образцов.
Углеродные нанотрубки были и остаются важной областью исследования материалов, и Гейм подумал, что возможно сделать что-то похожее на углеродные нанотрубки, только в развернутой конфигурации.
Ему пришла в голову идея отполировать графитовый блок до толщины 10 или 100 слоев, а затем изучить свойства материала. Одному из его учеников было поручено задание, и он изготовил частицу графита толщиной примерно в 1000 слоев — немного меньше отметки.
Именно тогда Гейму пришла идея использовать скотч для снятия верхнего слоя. Чешуйки графита отрываются от ленты, и этот процесс можно повторить несколько раз, чтобы получить все более тонкие чешуйки, прикрепленные к ленте. Затем он растворил ленту в растворе, оставив после себя ультратонкие чешуйки графита: всего 10 слоев толщиной. В течение нескольких недель его команда приступила к изготовлению простейших транзисторов из этого материала. Последующие усовершенствования метода наконец привели к первым листам графена. «Мы обманули природу, сначала сделав трехмерный материал, которым является графит, а затем вытащив из него отдельный слой», — сказал Гейм.
В октябре 2004 года Гейм опубликовал в журнале Science статью, в которой сообщалось об открытии графеновых листов под названием «Эффект электрического поля в атомарно тонких углеродных пленках».
Сейчас это одна из самых цитируемых статей по физике материалов, и к 2005 году исследователям удалось изолировать листы графена. Графен толщиной всего в один атом — возможно, самый тонкий материал во Вселенной — образует высококачественную кристаллическую решетку без вакансий или дислокаций в структуре. Эта структура придает ему интригующие свойства и дает удивительную новую физику.
С фундаментальной точки зрения наиболее захватывающей способностью графена является тот факт, что его проводящие электроны объединяются в квазичастицы, которые ведут себя скорее как нейтрино или электроны, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, имитируя релятивистские законы физики. В большинстве материалов носители заряда ведут себя более классическим образом. Гейм сравнил эффект с Большим адронным коллайдером, «но на вашем рабочем столе». Это позволяет концептуально тестировать определенные идеи в физике элементарных частиц и астрофизике в меньшем настольном масштабе, а не в многомиллионном коллайдере.
Наиболее очевидным применением является использование графена для замены кремниевых чипов, поскольку эта технология быстро достигает своих фундаментальных пределов (ниже 10 нанометров). Также возможно производить графен, используя методы эпитаксиального выращивания — выращивание одного слоя поверх кристаллов с соответствующей подложкой — для создания графеновых пластин для электронных приложений. Таким образом, графен перспективен для использования в высокочастотных транзисторах в терагерцовом режиме или для создания миниатюрных печатных плат в наномасштабе. Существуют технические препятствия: графен — это металл, поэтому ученым нужно будет придумать способ сделать этот материал полупроводниковым. Им также необходимо будет разработать технологию производства графеновых листов в больших количествах, если этот материал найдет применение в крупномасштабных промышленных секторах.
На данный момент графен исследуется в качестве наполнителя в пластике для изготовления композитных материалов, во многом так же, как углеродные нанотрубки используются, например, для повышения прочности бетонных материалов.
Суспензии графена также можно использовать для изготовления оптически прозрачных и проводящих пленок, подходящих для ЖК-экранов.
Графен может даже укротить пресловутый пятилетний зуд Гейма: именно так часто он имел тенденцию менять темы исследований в прошлом. Тем не менее, он даже отложил свои многообещающие исследования ленты геккона, чтобы сосредоточиться преимущественно на графене, который, как он признает, является наиболее значимым с научной точки зрения из его результатов. «С графеном каждый год приносит новый результат, новую подобласть исследований, которая открывает новые возможности и вызывает золотую лихорадку», — сказал Гейм 9.0018 Science в 2007 году. «Я хочу воткнуть еще много кольев в землю, прежде чем она будет полностью покрыта, прежде чем все интересные науки будут востребованы и отобраны. Тогда придет время двигаться дальше».
История физики
Этот месяц в истории физики
Новости APS Архивы
Инициатива по историческим местам
Места и подробности исторических событий в области физики
Графен: история, полемика и Нобелевская премия
матрица атомов углерода, расположенных в сотовой решетке, является самым легким, самым прочным, самым тонким материалом, известным человеку, а также лучшим из когда-либо открытых проводников тепла и электричества — и на этом список не заканчивается.
Графен является предметом неустанных исследований, и считается, что он может революционизировать целые отрасли, поскольку исследователи выдвигают гипотезы о многих потенциальных материалах и приложениях на основе графена.
Ажиотаж вокруг графена резко возрос после того, как сэр Андрей Гейм и сэр Костя Новоселов были удостоены Нобелевской премии по физике 2010 года «за новаторские эксперименты с двумерным графеном». Гейм и Новоселов извлекли графен из графита методом «скотча», чтобы получить кусок графена (или углерода) толщиной в один атом.
Несмотря на то, что получение престижной премии, безусловно, является впечатляющим достижением, графен уже не в первый раз оказывается в центре внимания ученых. Графен имеет долгую историю и, по сути, уже был известен с девятнадцатого века. Английский химик Бенджамин Коллинз Броуди еще в 1859 году обнаружил многослойную природу термически восстановленного оксида графита.сообщив об атомном весе графита в Philosophical Transactions Лондонского королевского общества в том же году.
С тех пор было проведено много дополнительных исследований графена, и хорошим примером является работа П. Р. Уоллеса 1947 года — он предсказал электронную структуру и отметил зависимость линейной дисперсии.
Позже, в 1962 году, Бём и его коллеги опубликовали подробности своей работы над графитовыми чешуйками. Они выделили и идентифицировали отдельные листы графена с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и рентгеновской дифракции в 1961. Термин «графен» впервые был использован в 1987 году для описания отдельных листов графита, а также в ранних описаниях углеродных нанотрубок. В начале 1970-х химики выяснили, как осаждать углерод в монослоях графена на другие материалы.
Андрей Гейм, Константин Новоселов и их сотрудники из Манчестерского университета (Великобритания) и Института технологий микроэлектроники в Черноголовке (Россия) представили свои результаты по графеновым структурам в октябре 2004 года в статье, в которой описывались изготовление, идентификация и характеристика графена с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ).
Они использовали простой метод механического расслоения для извлечения тонких слоев графита из кристалла графита с помощью скотча, а затем перенесли эти слои на кремниевую подложку. Кроме того, им удалось сформировать образцы, содержащие всего несколько слоев графена, в виде стержня Холла и подключить к нему электроды.
Было слышно много голосов вокруг решения Нобелевского комитета присудить премию 2004 года, связанную с графеном, и разгорелись споры по поводу истории этой области. Несколько ученых заявили о фактических ошибках в рассуждениях Нобелевского комитета, когда они были опубликованы, а веб-сайт впоследствии был обновлен. Другие предположили, что награда была преждевременной и что, возможно, в премию должны были быть включены работы других ученых. Некоторые исследователи указывали на аналогичные или конкурирующие достижения, которые предшествовали Нобелевской работе.
Однако Нобелевский комитет присудил награду за новаторские эксперименты, а не за «открытие» графена.
Более того, многие отмечали, что именно автономный характер нобелевского графена (в отличие от поддерживаемых и склеенных листов в более ранних работах) сделал его достойным награды. В лекции Гейма, посвященной Нобелевской премии, он предполагает, что его и Новоселова статья 2004 года ознаменовала собой первый случай, когда один атомный слой углерода был выделен совершенно недвусмысленным образом, и повторяет известное предположение о том, что до этого были какие-то причины думать, что графен может быть нестабильным (до 2004 г. некоторые предполагали, что графен не существует в свободном состоянии и считался нестабильным). Вероятно, именно поэтому выделение графена заняло так много времени, говорит он. Бем, упомянутый выше ученый, участвовавший в исследованиях графена, сказал, что, по его мнению, Нобелевский комитет не проявил должной осмотрительности при принятии такого решения. Но тем не менее он считает, что награда может быть оправдана электронными измерениями Гейма и Новоселова на графене.