Теги → графен
Быстрый переход

Российские учёные вырастили графен при комнатной температуре — это приведёт к новым материалам для авиации и космоса

Учёные из НИТУ «МИСиС» разработали уникальный метод синтеза мультиграфеновых пленок при комнатной температуре. Технология позволяет добавлять графен с его уникальными свойствами в порошки легкоплавких металлов. Для авиации и космоса — это настоящая находка. Новые композиционные материалы для производства компонентов методом 3D-печати усилят конструкции аппаратов и придадут им другие интересные особенности.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«Добавки графена в материалы, используемые в 3D-печати, улучшают механические и функциональные свойства композиционных изделий: повышается их теплопроводность, механическая прочность, электропроводность. Это является актуальной задачей при создании сложных деталей для аэрокосмической промышленности методами 3D-печати», — сообщается в пресс-релизе института.

Один из способов получения графена в промышленных условиях заключается в проведении электрохимической реакции, но высокотемпературные процессы от 500 до 700 °C не позволяют осаждать его на легкоплавкие металлы, например, на алюминий. Тем самым круг создания уникальных композитных материалов сильно сужается, а ведь тот же алюминий — это классический «крылатый» металл, широко применяющийся в аэрокосмической отрасли.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Учёные из России сумели разработать технологию электрохимического производства графена при температуре 25–30 °C и дали жизнь композитам из лёгких металлов и графена. Это повысит прочность новых материалов, их теплопроводность и электропроводность и выведет 3D-печать деталей и составных частей атмосферных и космических аппаратов на новый уровень. Чуть подробнее о разработке можно прочесть на сайте института. Также об исследовании сообщено в статье в издании Materials Chemistry and Physics.

Магнитные пластины с графеновым покрытием позволят вдесятеро увеличить ёмкость жёстких дисков

Использование графена при изготовлении пластин жёстких дисков позволит десятикратно повысить плотность записи по сравнению со стандартными HDD, используемыми в настоящее время. К такому выводу пришли учёные из Кембриджского центра графена, Университета Эксетера и их коллеги из Индии, Швейцарии, Сингапура и США. Они провели соответствующее исследование, результаты которого опубликованы в журнале Nature Communications.

Изображение: University of Cambridge

Изображение: University of Cambridge

Жесткие диски используются в качестве основных запоминающих устройств с середины 80-х годов прошлого века. С тех пор они уменьшились в размерах, а плотность записи данных значительно возросла. Хотя в наши дни в мобильных устройствах в основном применяются твердотельные накопители, жёсткие диски продолжают оставаться популярным продуктом для настольных компьютеров, в основном из-за более приемлемой цены.

Основными компонентами жёсткого диска являются пластины и магнитная головка, используемая для записи и чтения данных. Для обеспечения более высокой плотности записи пространство между пластинами и читающими головками постоянно уменьшается, и в настоящее время большую часть таких промежутков занимает углеродное покрытие, предназначенное для защиты пластин от механических повреждений и коррозии. Плотность записи данных на жёсткие диски с 1990 года выросла в четыре раза, до 1 Тбит/дюйм² (до 2 Тбит/дюйм² при использовании HAMR), а толщина защитного покрытия на пластинах уменьшилась с 12,5 нм до примерно 3 нм.

Исследователи использовали вместо традиционного защитного покрытия от одного до четырёх слоёв графенового покрытия, после чего проверили пластины на износ, коррозию, термическую стабильность и совместимость со смазочными материалами. Оказалось, что покрытие из графена не только значительно тоньше, оно также обладает свойствами, которые необходимы покрытию пластин жёстких дисков с точки зрения защиты, снижения трения, повышения износостойкости, гладкости поверхности, твёрдости и совместимости со смазочными материалами.

Изображение: Nature.com

Изображение: Nature.com

Графен позволяет вдвое снизить трение, а также обеспечивает значительно более высокую защиту от коррозии и износа, чем используемые в настоящее время решения. Всего один слой графена в 2,5 раза эффективнее противостоит коррозии.

Учёные также протестировали термомагнитную запись (HAMR), которая позволяет значительно повысить плотность данных на пластине за счёт нагрева записывающего слоя до высоких температур. Тут использование графена позволяет добиться беспрецедентной плотности записи более 10 Тбит/дюйм². Ученые отмечают, что значительный скачок в плане повышения плотности записи при одновременном увеличении износостойкости являются большим шагом в направлении создания более надёжных жёстких дисков, которые позволят сохранять большие объёмы данных.

«Демонстрация того, что графен может служить защитным покрытием для обычных жёстких дисков и что он способен выдерживать условия HAMR, является очень важным результатом. Это будет способствовать дальнейшему развитию и появлению новых жёстких дисков с высокой плотностью записи», — считает Анна Отт (Anna Ott), сотрудница Кембриджского центра графена, участвовавшая в исследовании.

Российский производитель графена планирует выйти на биржу

Стартап OCSiAl из Новосибирска является мировым монополистом по производству одностенных графеновых углеродных нанотрубок. Это материал будущего, который обещает революцию в аккумуляторах, электронике и в других сферах производства. Сегодня акциями OCSiAl почти полностью владеет АО «Роснано», но вскоре стартап рассчитывает выйти на биржу и стать публичной компанией, что откроет новые возможности для развития.

Основные типы углеродных нанотрубок. Источник изображения: Википедия

Основные типы углеродных нанотрубок. Источник изображения: Википедия

О планах OCSiAl выйти на биржу сообщил ресурс The Bell со ссылкой на потенциальных инвесторов. Два года назад компания OCSiAl названа основателем и главой АО «Роснано» Анатолием Чубайсом «единорогом» «Роснано» и фактически первой такого рода компанией в России. Термином «единорог» называются стартапы, рыночная стоимость которых перевалила за $1 млрд.

Экономисты поставили под сомнение такое определение OCSiAl, поскольку условно посторонний инвестор купил всего 0,5 % акций OCSiAl за $5 млн. Покупателем акций стала компания A&NN Александра Мамута, поэтому говорить о миллиардной капитализации OCSiAl можно с определёнными допущениями. Тем не менее, в OCSiAl собираются собрать новый раунд инвестиций и оценивают свою капитализацию уже на уровне $2 млрд, а после выхода на биржу (IPO) надеются увеличить рыночную стоимость до $3,5 млрд и через десять лет — до $100 млрд.

По данным источника, новый раунд инвестиций призван погасить взятые OCSiAl займы у «Роснано» и помочь с хорошим стартом на бирже. Это обещает помочь компании OCSiAl снизить зависимость от «Роснано», которая уже вложила в производителя теми или иными способами свыше $60 млн. Ожидается, что выход на IPO по схеме объединения со SPAC произойдёт либо в конце 2021 года, либо в начале 2022 года.

Компанию OCSiAl основали местный предприниматель Юрий Коропачинский и академик РАН Михаил Предтеченский. Последний придумал, как синтезировать и производить в промышленных масштабах одностенные нанотрубки из графена. В 2019 году OCSiAl обеспечила 92 % мирового производства этого материала. Выручка при этом составила $14 млн. В 2019 году компания произвела 23 тонны нанотрубок, хотя продала только 35 % продукции. В 2020 году продажи остались без изменения.

По словам источников, OCSiAl делает ставку на графеновые литиевые аккумуляторы, которые станут более ёмкими — не менее, чем на 75 % и будут на 15 % дешевле современных батарей. Также графен в составе аккумуляторов позволит батареям заряжаться намного быстрее. Это хорошие перспективы, но ими надо воспользоваться.

Российские учёные стали на шаг ближе к созданию электрогенераторов, встроенных прямо в чипы

Сводная группа учёных из НИТУ «МИСиС» и РАН движется в сторону интереснейшей разработки — электрогенераторов, которые интегрированы в кремниевую подложку микросхем. Это обеспечит резервное питание чипам, а в перспективе даже может заменить аккумуляторы.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Питать чипы изнутри учёные предлагают водородными топливными ячейками. Но на пути к этому стояла одна проблема — нанопористые кремниевые мембраны со временем разрушаются от водных и слабощелочных растворов. Для успеха проекта требовалось защитить поверхность кремния даже в закрытых порах от контакта с жидкой средой. Исследователи смогли решить эту проблему.

Учёные разработали технологию нанесения многослойных графеновых покрытий методом осаждения из газовой фазы. Технология признана уникальной и защищена патентом РФ № 2731278 от 1 сентября 2020 года.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«Мы предложили не имеющий аналогов метод создания многослойных графеновых покрытий на внутренних стенках пор по всей глубине кремниевой структуры. Других способов производства электродов для эффективных микротопливных элементов сегодня нет. Источники тока такого рода могут не только обеспечить длительное резервное питание техники, но со временем, вероятно, заменят аккумуляторы», — объяснила доцент кафедры Материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ «МИСиС» Екатерина Гостева.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Результаты исследования опубликованы в журнале Microporous and Mesoporous Materials. Обработка кремния по новому методу в несколько сотен раз уменьшает поверхностное электросопротивление и заметно повышает устойчивость к слабощелочным растворам. Также, за счёт появления нового микрорельефа внутри пор кремния, площадь полезной поверхности материала увеличивается более чем в три раза. Всё это вместе резко повышает характеристики микротопливного элемента, включая долговечность его использования.

«Мятый» графен позволит на порядки уменьшить размер и увеличить скорость чипов

Элементарный кремний открыли в 1824 году, но первый транзистор сделали только сто двадцать лет спустя. Графен открыли 15 лет назад. Его электротехнические характеристики оказались настолько удивительными, что учёные со всего мира бросились изобретать транзисторы на его основе. К сегодняшнему дню сделано много интересных предложений, и череда открытий только растёт, а на днях свой вклад в графеновую микроэлектронику внесли учёные из Великобритании.

Источник изображения: Getty Images/iStockphoto

Источник изображения: Getty Images/iStockphoto

Исследователи из Университета Сассекса в Великобритании изучают использование «мятых» форм графена, то есть влияние на электротехнические свойства исходного материала разного рода физических деформаций. Это относительно новое направление в перспективной микроэлектронике, которое получило название стрейнтроника (straintronics). Алан Далтон (Alan Dalton), профессор школы математических и физических наук Университета Сассекса, сказал: «Мы механически создаем изгибы в слое графена. Это немного похоже на нанооригами».

В области стрейнтроники уже было выявлено, что деформирование структуры 2D-наноматериалов, таких как графен или дисульфид молибдена, ведёт к проявлению новых электронных свойств, но точное влияние различных «складок» остается малоизученным. В своём исследовании британские учёные исследовали влияние структурных изменений в графене на такие свойства, как легирование (добавление примесей). Например, ожидается, что деформация графена может существенно повысить электронную плотность в материале, что превратит его из проводника в суперпроводник.

Манодж Трипати (Manoj Tripathi), научный сотрудник в области наноструктурированных материалов из Университета Сассекса, который руководил исследованием, сказал: «Мы показали, что можем создавать структуры из графена и других 2D-материалов, просто добавляя в структуру преднамеренные изгибы, типа гофры, и мы можем создать интеллектуальный электронный компонент, такой как транзистор или логический вентиль». В перспективе, как считают исследователи, «мятый» графен позволит создавать в сто раз меньшие по размеру чипы, которые будут работать в тысячу раз быстрее кремниевых.

Тепловые трубки из графена обеспечат трёхкратный рост теплоотвода по космической цене

Учёные из Швеции предложили для отвода тепла от электронных компонентов кое-что получше медных тепловых трубок, обязательного элемента эффективных систем охлаждения. Вместо меди предложено использовать графен — рост эффективности отвода тепла составит до 3,5 раз. Но цена вопроса ограничит использование таких тепловых трубок, ведь один грамм графена сегодня стоит около $100. Космос и авиация за такое заплатят, не моргнув.

Система охлаждения на медных тепловых трубках. Источник изображения: Thermalright

Система охлаждения на медных тепловых трубках. Источник изображения: Thermalright

Разработку представили учёные из Технологического университета Чалмерса в Швеции, в создании которой им помогали коллеги из Италии и Китая. Тепловая трубка из графеновой теплопроводящей оболочки получается лёгкая и мягкая, поэтому она укрепляется изнутри металлической пружиной и продольными углеродными волокнами, что позволяет ей держать форму и обеспечивать свободную циркуляцию охлаждающей жидкости и испарений.

Принцип работы графеновой тепловой трубки такой же, как и у медной. На горячем конце охлаждающая жидкость переходит в газообразную фазу вещества, а на холодном — конденсируется в жидкость и возвращается к точке нагрева. На холодном конце также можно предусмотреть радиатор и активную систему отвода тепла, но цель данной разработки — это эффективно отводить тепло из труднодоступных мест в электронике, где с радиаторами особенно не развернёшься.

Строение тепловой трубки из графена. Источник изображения: Chalmers University of Technology/Phys.org

Строение тепловой трубки из графена. Источник изображения: Chalmers University of Technology/Phys.org

Теплопроводность графена лежит в диапазоне 3000 до 5000 Вт/м·К при комнатной температуре. Теплопроводность меди составляет около 400 Вт/м·К при температуре 20 °C. Можно не сомневаться, что при таких параметрах эффективность тепловых трубок из графена должна оказаться выше эффективности тепловых трубок из меди. И действительно, в поставленном эксперименте с графеновой тепловой трубкой длиной 150 мм и наружным диаметром 6 мм коэффициент теплопередачи оказался примерно в 3,5 раза лучше, чем у аналогичной тепловой трубки на основе меди.

В системы охлаждения настольных ПК такие трубки вряд ли попадут, но в тонких ноутбуках вполне могут прописаться, если разработка дойдёт до коммерческого внедрения.

Китайцы начнут испытания электрокаров на графеновых аккумуляторах с очень быстрой зарядкой до конца года

Китайский производитель электромобилей — Guangzhou Automobile Group (GAC) — сообщил о подготовке к опытной эксплуатации в реальных условиях электромобилей с аккумуляторами на основе графена. Испытания начнутся до конца текущего года. Если по результатам испытаний графеновые аккумуляторы примут в эксплуатацию, то это станет толчком к развитию электрического транспорта, ведь для зарядки таких батарей до 85 % ёмкости нужно всего восемь минут.

В настоящий момент компания GAC не может однозначно сказать, удовлетворят ли графеновые аккумуляторы условиям использования в реальном мире. Технологию графеновых аккумуляторов под условным названием «3DG» разработала китайская компания Guangqi. В своё время GAC поглотила разработчика и в 2014 году начала курировать создание новых аккумуляторов.

Анонс новых батарей был сделан год назад. К настоящему времени компания произвела достаточное количество аккумуляторов, чтобы приступить к их проверке на электромобилях в условиях обычных поездок, а не в лаборатории. За счёт графена в составе батарей многократно повышается проводимость электронов, что позволяет заряжать аккумулятор сравнительно большими токами без опасения его разрушить.

Зарядка аккумуляторов в сравнительно короткое время, сравнимое со временем заливки горючего в баки, придаст транспорту на электрической энергии новое дыхание. Это положительно скажется на всей отрасли и не только.

С помощью графена создан генератор «бесконечной» энергии

Физики из Университета Арканзаса разработали схему на основе графена, которую условно можно считать «вечным двигателем» — генератором бесконечной и чистой энергии. В этом нет противоречия законам термодинамики. Энергию научились добывать из теплового движения атомов углерода.

Как выяснилось в ходе эксперимента, под действием никогда не прекращающегося хаотического теплового движения внутри графена одиночно закреплённая пластинка этого вещества толщиной в один атом углерода медленно колеблется и изгибается.

Фактически это вариант одной из версии микроэлектромеханических устройств (MEMS), которые промышленность научилась выпускать и, так или иначе, пристроила к делу, включая создание генераторов электричества из механических колебаний. Но никто ещё не рискнул создать генератор на основе улавливания колебаний теплового движения атомов, что считалось невозможным.

Чтобы колебания графена и полученный в результате этого переменный ток был преобразован в постоянный ток, физики из Арканзаса предложили схему с двумя диодами. Поставленный эксперимент доказал, что схема генерирует добавочную мощность на нагрузке. Как считают учёные, миллионы подобных схем на кристалле могут стать источником маломощного питания автономных систем, датчиков и другого.

«Мы перенаправили ток в цепи и превратили его во что-то полезное. Следующая цель команды — определить, можно ли хранить постоянный ток в конденсаторе для последующего использования. Эта цель требует миниатюризации схемы и нанесения ее на кремниевую пластину или кристалл. Если бы миллионы этих крошечных схем могли быть построены на микросхеме размером 1 на 1 миллиметр, они могли бы служить заменой маломощной батареи», — сказал один из авторов исследования профессор физики Пол Тибадо (Paul Thibado).

Prestigio выпустила первые в Европе портативные аккумуляторы на основе графена

Компания Prestigio анонсировала первые на европейском рынке внешние аккумуляторы, выполненные с использованием одного из самых перспективных материалов в электронике — графена.

Батареи имеют ряд преимуществ по сравнению с аналогами, изготовленными по традиционным технологиям. Дело в том, что графен обладает высокой теплопроводностью и подвижностью носителей заряда. Благодаря этому аккумуляторы устойчивы к высоким температурам и на них может подаваться большее напряжение, за счёт чего заряжаются они в разы быстрее обычных батарей. Помимо этого, они экологически чисты.

Prestigio представила внешние аккумуляторы Graphene PD ёмкостью 10 000 мА·ч и Graphene PD Pro на 20 000 мА·ч. Первая модель заряжается с 0 до 100 % всего за 50 минут (с помощью входящего в комплект 60-ваттного зарядного устройства), а вторая — за 100 минут.

Более того, аккумуляторы и сами могут заряжать подключаемые устройства в быстром режиме, а помимо этого у них имеется беспроводная зарядка мощностью 10 Вт — она универсальна и совместима со всеми Qi-устройствами. В батареях реализована многоуровневая защитная система для безопасной зарядки, соответствующая международным стандартам.

В конструкции корпуса применяются металл и закалённое стекло. Обе модели оснащены разъёмами USB Type-C и USB 3.0 Type-A, благодаря чему допускается одновременная подзарядка нескольких устройств. В комплекте идёт чехол из натуральной кожи для защиты аккумуляторов.

Продажи новинок начнутся в сентябре; цена пока, к сожалению, не раскрывается. 

Ещё один шаг в сторону от полупроводников: Samsung превратила «белый графен» в суперизолятор

Исследователи Samsung ищут пути выйти за пределы производства чипов с использованием полупроводников. Происходит это не от хорошей жизни. Снижение масштаба технологических норм приближается к своему пределу, и для выпуска процессоров потребуются новые материалы. Например, для улучшения проводимости подходит графен, а вот с 2D-изоляторами были проблемы. К счастью, Samsung открыла новый 2D-материал с хорошими изолирующими свойствами.

Структура «белого графена» нитрида бора

Структура «белого графена» нитрида бора

Исследователи из Высшего технологического института Samsung (SAIT) вместе с Национальным институтом науки и технологии Ульсана (UNIST) и Кембриджским университетом сделали открытие, которое обещает привести к производству чипов с меньшими технологическими нормами, чем позволяют полупроводники. Речь идёт об использовании в производстве 2D-материалов, толщина которых составляет всего один атом.

Примером одноатомного материала может быть графен, хотя одним графеном список «плоских» материалов не заканчивается. Как и другие исследователи, специалисты Samsung спроектировали транзисторы на основе графена. Высокая подвижность электронов, повышенные рабочие токи, хорошая масштабируемость и малый размер ― это одни из главных преимуществ транзисторов на графене. Однако для предотвращения утечек тока и для снижения паразитных влияний проводящих цепей в мельчающих чипах необходимы похожие по характеристикам изолирующие 2D-материалы ― тонкие, как графен, масштабируемые, но не пропускающие электроны (электрический ток).

Учёные из SAIT нашли такой материал ― это аморфный нитрид бора (a-BN). Нитрид бора ещё называют «белым графеном» за его гексагональную кристаллическую структуру как у графена и толщину всего в один атом. Samsung смогла превратить кристаллический нитрид бора в аморфную форму этого вещества. Аморфная структура, как хорошо известно ― это неупорядоченное расположение атомов, которое предотвращает распространение электронов в своей среде. Проще говоря, Samsung сделала из суперпроводимой среды суперизолирующую.

По словам Samsung, аморфный нитрид бора имеет лучшую в своем классе сверхнизкую диэлектрическую проницаемость в 1,78 с сильными электрическими и механическими свойствами и может использоваться в качестве межсоединительного изоляционного материала для минимизации электрических помех. Более того, новый материал может использоваться в техпроцессах с температурой отжига менее 400 °C. Это условие необходимо для того, чтобы графеновые транзисторы не сгорели на пластине в процессе её обработки.

Суперизолятор Samsung из аморфного нитрида бора

Суперизолятор Samsung из аморфного нитрида бора

В компании ожидают, что аморфный нитрид бора будет широко применяться в полупроводниках, таких как решения DRAM и NAND, и особенно в решениях памяти следующего поколения для серверов наивысшей производительности.

В MIT разработали технологию конвейерного производства графена с низким уровнем брака

Чудесный материал графен легко и недорого изготавливать, но использовать его в продукции очень сложно. Толщина листа графена меньше нанометра. При отделении от маточной подложки лист графена рвётся, сминается или повреждается иным способом. Исследователи из MIT нашли возможность избежать повреждения графеновых листов большой площади при производстве. В итоге это может привести к появлению сверхлёгких солнечных элементов или дисплеев.

Новый производственный процесс, который был разработан в Массачусетском технологическом институте и обещает оказаться относительно легко масштабируемым для промышленного производства, включает создание промежуточного «буферного» слоя материала. Этот буферный слой стал тем ключом к успеху, который может помочь в коммерциализации разработки.

Традиционно графен создаётся в процессе вакуумного осаждения из паровой фазы (CVD). Материал осаждается на медную подложку, с которой его потом необходимо поднять. Чтобы снять тончайший слой графена с медной основы, учёные предложили укрепить его буферным слоем из такого полимера, как парилен. Атомная структура парилена во многом похожа на атомную структуру графена, и один материал настолько хорошо ложится на другой, что происходит в некотором роде легирование графена париленом.

Опыты показали, что парилен эффективно укрепляет графен, и это исключает разрывы и деформацию больших графеновых листов при снятии с медной подложки. Более того, предложенный техпроцесс и опытная установка доказали, что процесс ламинирования графена на подложке и последующие операции по деламинизации и отделению графена от медной основы можно проводить конвейерным способом при обработке графена в рулонах, а это значительно ускоряет производство материала.

Опытная установка MIT для рулонного производства графена

Опытная установка MIT для рулонного производства графена

Теперь о том, что это даёт. Вероятно, вы слышали, что сегодня для изготовления прозрачных электродов в дисплеях, солнечных панелях и светоизлучающих приборах используется соединение из оксида индия и олова (ITO). Прозрачные и укреплённые париленом графеновые электроды могут заменить ITO-электроды. Это даст экономию по весу и материалу (стоимости) и покажет эффект в плане лучшего соотношения вырабатываемой энергии к весу элемента.

Так, созданный в MIT прототип солнечного элемента с прозрачными электродами из графена и парилена показал прозрачность слоя около 90 % для видимого света, а также 36-кратное улучшение соотношения вырабатываемой энергии к весу элемента (а это сверхлёгкие солнечные панели) при использовании 1/200 материала от обычно требуемого для выпуска панелей объема.

Китайский автопром начнёт осваивать «графеновые» аккумуляторы до конца года

Необычные свойства графена обещают улучшить массу технических характеристики аккумуляторов. Наиболее ожидаемая из них ― за счёт лучшей проводимости электронов в графене ― это быстрая зарядка аккумуляторов. Без заметных прорывов на этом направлении электромобили будут оставаться менее комфортными при регулярной эксплуатации, чем машины на двигателях внутреннего сгорания. Ситуацию в этой области скоро обещают переломить китайцы.

Как сообщает интернет-ресурс cnTechPost, крупный китайский производитель автомобилей компания Guangzhou Automobile Group (GAG) намерена до конца года запустить в массовое производство автомобильные аккумуляторы на основе графена. Подробности о разработке не сообщается. На данный момент известно лишь, что в основе «графеновых» аккумуляторных ячеек будет использован «трехмерный структурный графен» 3DG.

Технология 3DG разработана китайской компанией Guangqi и защищена патентами. Компания GAG заинтересовалась графеном применительно к аккумуляторам в 2014 году. На каком-то этапе исследований под крыло китайского автогиганта попала компания Guangqi и в ноябре 2019 года были представлены перспективные «графеновые» аккумуляторы с функцией сверхбыстрой зарядки. По словам производителя, аккумуляторы на основе 3DG-материала заряжаются до 85 % ёмкости всего за 8 минут. Это привлекательный показатель для эксплуатации электромобиля.

Данные о возможностях «графеновых» аккумуляторов собраны после опытной эксплуатации и тестирования новых аккумуляторных ячеек, модулей и блоков батарей как отдельно, так и в составе электромобиля. Как утверждает производитель, «срок службы и безопасность использования аккумуляторов Super Fast Battery соответствуют стандартам эксплуатации». Массовое производство «графеновых» аккумуляторов начнётся в конце текущего года. В автомобилях Guangzhou Automobile Group, скорее всего, новинка пропишется уже в следующем году.

Учёные испытали прототип солнечного паруса из графена

Графен может стать основой для солнечных парусов межпланетных и межзвёздных кораблей. Условным двигателем таких судов станет солнце или орбитальные лазерные платформы. Это освободит корабль от необходимости нести огромный запас топлива и мощнейшие двигатели. Идея настолько заманчивая, что опыты в данном направлении не прекращаются.

Новый прототип солнечного паруса разработала группа исследователей из Делфтского технического университета (Delft University of Technology) и эстонского стартапа Scale Nanotech. Прототип паруса размером с небольшую монету был испытан в условиях микрогравитации в 146-метровой башне ZARM Бременского университета. Во время падения в трубе башни в контейнере с испытательным оборудованием на несколько секунд возникает невесомость. Это даёт возможность проводить эксперименты, в которых важно отсутствие сильной гравитационной составляющей.

Во время искусственной невесомости лазер мощностью 1 Вт смог придать графеновой «монете» ускорение 1 м/с2. Фотоны в лазерном луче ударяли в поверхность прототипа графенового паруса и успешно разгоняли его. Статья об эксперименте была опубликована а журнале Acta Astronautica. Само исследование проводилось при поддержке Европейского космического агентства.

Разработка солнечного паруса для космических полётов ведётся не первый год. В 2010 году Япония запустила экспериментальный космический корабль IKAROS с парусом площадью 196 м2. В прошлом году американская некоммерческая организация «Планетарное общество» с третьей попытки запустило на орбиту Земли спутник LightSail 2 с солнечным парусом.

Новая разработка, в отличие от прежних, опирается на графен как основной материал паруса. Точнее, учёные предложили двухслойный материал. Один слой паруса ― это тончайшая, «атомарной» толщины, 2D-плёнка, к тому же для снижения веса перфорированная, а второй слой ― это слой графена, который перекрывает все отверстия в базовой плёнке. Парус получается сплошным, лёгким и прочным. Отражающим слоем работает вся его поверхность.

По подсчётам учёных, предложенный графеновый солнечный парус вполне может стать основой проекта Breakthrough Starshot для отправки межзвёздного парусного корабля к Альфе Центавра. Из расчёта 14 м2 паруса на четыре грамма полезной нагрузки аппарат мог бы достичь другой звёздной системы за 30 лет на скорости 15 % от скорости света при помощи лазера мощностью 8,5 ГВт.

Сломать, чтобы улучшить: дефектный графен может заменить платину в батареях и не только

Углерод широко используется в электрохимии. Новый тип углеродных электродов в виде графена обещает намного полнее раскрыть потенциал этого вещества. Датчики, солнечные панели, аккумуляторы ― всё это и многое другое благодаря исследованию свойств графена может стать лучше. Не в последнюю очередь это произойдёт благодаря новым теоретическим изысканиям российских учёных.

Иллюстрация. Дефектный графен. Дизайнер Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

Иллюстрация. Дефектный графен. Дизайнер Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

Ученые из МФТИ, Сколтеха и Объединенного института высоких температур РАН теоретически исследовали и подвели фундаментальную научную основу под такое явление, как перенос электрона на поверхности графена с дефектами структуры. Вариантов нарушения упорядоченной структуры графена может быть несколько: одиночная и двойная вакансии, дефект Стоуна-Уэльса, примесный атом азота, -O- и -OH группы. Каждое из изменений оказывает значительное влияние на скорость переноса.

Что это даёт? Как выяснилось и было доказано теоретически, привнесение дефектов в идеальный графеновый лист ведёт к росту плотности электронных состояний на границах раздела графен/раствор. Это катализирует процесс переноса электронов. Рост скорости переноса может достигать 10-кратного значения. Окислительно-восстановительные реакции в присутствии дефектного графена начинают идти намного быстрее.

Идеальный графен

Идеальный графен

Дефектный графен получает шанс стать дешёвым заменителем платиновых или иридиевых катализаторов в топливных элементах и металл-воздушных батареях. Другое возможное применение графена с дефектами ― это электрохимические датчики. В зависимости от типа дефекта, как доказали учёные, перенос электронов можно выборочно ускорить на определенный класс реагентов в растворе. Датчики смогут срабатывать даже на исчезающе небольшое присутствие в воздухе или растворах опасных веществ.

Данные об исследовании были опубликованы в журнале Electrochimica Acta. Осталось дождаться экспериментального подтверждения теоретических выкладок.

Сделано в России: предложен новый способ получения графена для гибкой электроники

Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) предложили новую технологию получения графена, которая, как ожидается, поможет в создании гибкой электроники, передовых сенсоров и пр.

В работах приняли участие учёные из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов, Инженерной школы природных ресурсов ТПУ. Содействие оказали исследователи из Германии, Голландии, Франции и Китая.

Российским специалистам впервые удалось успешно модифицировать графен, комбинируя два метода: функционализацию солями диазония и лазерную обработку. Ранее комбинация этих двух методов для модификации графена не использовалась никем.

Художественная иллюстрация процесса удаления солей диазония (обозначены красным) с графена с помощью лазера / ТПУ

Художественная иллюстрация процесса удаления солей диазония (обозначены красным) с графена с помощью лазера / ТПУ

Полученный в результате материал обладает рядом свойств, которые открывают широчайшие возможности по его применению. В частности, говорится о хорошей проводимости, стойкости к деградации и коррозии в воде, а также об отличной устойчивости на изгиб.

Предполагается, что методика будет востребована при производстве гибких электронных устройств будущего и различных датчиков следующего поколения. Кроме того, результаты исследования могут помочь в создании качественно новых материалов.

Подробнее о проделанной работе можно узнать здесь

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Компания Ларри Пейджа по разработке летающих автомобилей купила бывшего конкурента производителя дронов DJI 12 ч.
Из-за проблем с обеспечением электроэнергией будущее 30 ирландских дата-центров оказалось под вопросом 15 ч.
Компания LG представила обновлённый логотип 16 ч.
Все на Венеру! Европейцы тоже утвердили проект отправки венерианского зонда 18 ч.
Мексиканские поставщики автозапчастей убеждены, что к декабрю дефицит чипов будет устранён 23 ч.
TSMC собирается построить предприятия по упаковке трёхмерных чипов в США и на Тайване 24 ч.
Следующий iPad mini получит тонкие рамки, порт USB-C и дактилоскопический сенсор в кнопке питания 12-06 05:46
Серверные процессоры Intel Xeon Sapphire Rapids будут оснащены HBM-памятью 12-06 00:03
США представили пять законопроектов, которые серьёзно ограничат влияние технологических компаний 11-06 23:39
Razer представила накладные беспроводные наушники Opus X с активным шумоподавлением и ценой $100 11-06 23:23