Графен может изменить наш мир уже завтра: 9 интересных идей

Графен называют сверхматериалом: он очень прочный, тонкий и является одним из самых полезных материалов в мире, его открытие сродни тем, которые вызывают технологическую революцию. Вот некоторые из самых впечатляющих возможностей графена.

Структура графена представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом. Он в 200 раз прочнее стали и обладает высокой гибкостью при нагрузке.

Он был впервые получен исследователями в 2004 году, и с того времени список патентов, связанных с графеном, с каждым годом значительно возрастал. Возможно, совсем скоро этот суперматериал породит технологическую революцию, которая действительно сможет изменить мир.

Предоставляем вам 9 интересных идей, реализацию которых мы с нетерпением ожидаем.

Зачем нужна светящаяся краска? Преимущественно светящаяся краска используется для декорирования стен и потолков, создавая в комнате волшебную атмосферу. Такой краской можно украсить некоторые элементы фасада здания. Также автолюбители оценили её: выигрышно смотрятся диски или отдельные элементы кузова, а также и внутри салона краска подчеркнёт и выделит отдельные элементы, например панель.

Топливо из воздуха

Те же исследователи, которые выиграли Нобелевскую премию за открытие графена, доказали, что его можно использовать для мобильных электрогенераторов на основе водорода, выделяемого из воздуха. Команда Андре Гейма из Манчестерского университета обнаружила, что хотя графен непроницаем даже для самых маленьких атомов, его можно использовать в качестве «сита» для атомов водорода, которые не имеют электронов.

Это означает, что плёнки графена могут использоваться для значительного повышения эффективности протонпроводящих мембран, которые являются важными компонентами технологии топливных элементов. Возможно, в будущем автомобилям для движения будет достаточно небольшого количества водорода из окружающего воздуха.

«По сути, вы берёте топливо из атмосферы и получаете электричество», — говорит Гейм.

Опреснение и очистка воды

Графен может помочь с решением мирового водного кризиса. Мембраны, сделанные из графена, достаточно большие, чтобы пропускать воду, но они могут отфильтровывать соль. Другими словами, графен может революционизировать технологию опреснения воды.

Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что водопроницаемость этого материала на несколько порядков выше, чем у обычных мембран обратного осмоса, и что нанопористый графен может играть ценную роль в очистке воды.

Графен оказался очень эффективным для фильтрации воды. Из Сиднейской гавани взяли образцы. Они стали безопасными для питья после того, как были всего один раз пропущены через графеновый фильтр.

«Эта технология поможет получить чистую питьевую воду в один шаг, независимо от того, насколько исходящая вода грязная, — сказал учёный Донг Хан Сео. — Всё, что для этого нужно, — тепло, графен, мембранный фильтр и небольшой водяной насос. Мы надеемся начать полевые испытания в сообществе развивающихся стран в следующем году».

Электроника

Сегодня в электронных устройствах в качестве ключевого компонента используется кремний. Но с уменьшением размера транзисторов из кремния скорость устройств будет снижаться. Решением этой проблемы может быть ультратонкий графен. Возможно, вскоре он заменит кремний в электронных устройствах, намного увеличив их быстродействие.

Графен также позволит создавать сверхтонкие гибкие сенсорные экраны, которые будут практически небьющимися.

В 2018 году исследователи из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета обнаружили, что графен может иметь ещё более удивительные электронные свойства. Его можно настроить так, чтобы он работал как диэлектрик и сверхпроводник. Другими словами, один и тот же материал может либо не проводить электрический ток, либо проводить его без сопротивления.

Зрение хищника

В классическом научно-фантастическом фильме «Хищник» есть инопланетный убийца, обладающий способностью видеть мир в инфракрасном диапазоне. Теперь, благодаря графену, каждый желающий также сможет иметь «зрение хищника». Исследователи из Мичиганского университета разработали графеновую контактную линзу, с помощью которой её владелец сможет видеть весь инфракрасный спектр, а также видимый и ультрафиолетовый свет.

Графен — перспективный материал для тепловизионных фотоприёмников.

«Если мы соединим графен с контактными линзами или другой переносной электроникой, это расширит возможности видения, — говорит Чжаохуй Чжун, один из исследователей, разрабатывающих технологию. — Это будет новый способ взаимодействия со средой».

Мир без ржавчины

Графен может стать наименее токсичным вариантом защиты от ржавчины, в отличие от некоторых существующих средств.

Благодаря тому, что графен практически непроницаем, в будущем может появиться краска на его основе, которая поможет навсегда избавиться от коррозии и ржавчины. Исследования показали, что стеклянная посуда или медные пластины, покрытые графеновой краской, могут использоваться в качестве контейнеров для коррозионных кислот.

Светящиеся обои

Светящиеся стены вскоре смогут заменить лампочки благодаря новой технологии на основе графена: её применение сделает дисплеи намного более тонкими, чем они когда-либо были. Такие светящиеся обои смогут обеспечивать более приятный и регулируемый свет, а также могут быть более энергоэффективными, чем лампочки.

Бионические люди

Исследования графена в настоящее время приводят к экспериментам, в которых электроника может интегрироваться с биологическими системами человека. Поэтому вскоре можно будет имплантировать в тело графеновые гаджеты, которые смогут «читать» нервную систему или «разговаривать» с клетками.

Это открытие может привести к прорыву в медицинской науке, помогая врачам контролировать тело или даже корректировать биологические системы. Данная технология также может помочь любителям фитнеса отслеживать и контролировать тренировки.

Безопасная краска для волос

Графен может стать более безопасной альтернативой токсичным красителям для волос. В 2018 году исследователи из Северо-западного университета сообщили, что графен не только соответствует характеристикам красителей для волос, но и не нуждается в каких-либо органических растворителях или токсичных молекулярных ингредиентах. Кроме того, он имеет лучшие антибактериальные, антистатические и теплоотводящие свойства.

Исследователи наносили графеново-оксидный гель на светлые человеческие волосы и давали ему высохнуть в течение 10 минут. Пряди волос покрывали пленкой графена толщиной всего 2 микрона (микрометра), которая, как сообщается, не смывалась даже после 30 промывок. Авторы считают, что антистатические свойства графена могут принести дополнительные эстетические преимущества, к тому же покрытие не нанесёт вреда волосам и здоровью.

На фотографии ниже изображены светлые волосы до (слева) и после (справа) покраски пигментом на основе графена.

Пуленепробиваемая броня

Тонкий и прочный графен планируют использовать для создания улучшенных пуленепробиваемых жилетов. Исследователи обнаружили, что листы графена в 2 раза прочнее, чем кевлар — материал, обычно используемый в пуленепробиваемых жилетах. Кроме того, графен является сверхлёгким и поэтому не ограничивает движения.

Графен может также использоваться в других пуленепробиваемых поверхностях, таких как окна и т. д.