Форум НАУКА > Наука и Будущее
Из древесного угля
Scyther:
Учёными найден способ дешёвого производства графена
https://hi-news.ru/technology/uchyonymi-najden-sposob-deshyovogo-proizvodstva-grafena.html
Графен без всяких преувеличений можно назвать «материалом будущего». То и дело мы слышим, как исследователи из разных стран находят для себя новые свойства графена, открывающие перед человечеством огромное количество потрясающих возможностей. Материал представляет собой двумерную модификацию углерода толщиной всего в один атом, обладающую большой механической жёсткостью и рекордно большой теплопроводностью. Производство графена – процесс очень недешёвый. Однако исследователям из Канзасского государственного университета удалось создать бюджетный способ производства этого удивительного вещества.
Изобрёл новый метод производства графена учёный Крис Соренсен. Он основывается на детонации углеродосодержащих материалов в замкнутом пространстве. Другими словами, мы помещаем внутрь прочного контейнера кислород, а также ацетилен или газообразный этилен. Потом с помощью свечи зажигания взрываем данную смесь, и в результате этого процесса на стенках контейнера формируется графен. Низкая стоимость такого способа оставляет далеко позади существующие сегодня химические и механические способы создания графена.
«Мы обнаружили очень легкодоступный способ наладить процесс производства графена в промышленных масштабах, — делится своей радостью Крис Соренсен, — наш способ имеет огромное количество преимуществ перед ныне существующими альтернативами. Во-первых, это очень дёшево. Во-вторых, существует возможность для построения крупномасштабного промышленного производства графена. В-третьих, отсутствует необходимость использования вредных химических веществ. В-четвёртых, для производства нужна энергия всего одной искры свечи зажигания».
Новый способ позволил учёным производить не миллиграммы графена в лабораторных условиях, а сразу перейти на целые граммы, что является серьёзным приростом производительности. Самое удивительное во всей этой истории то, что учёные открыли данный способ совершенно случайно. Во время исследования углеродных аэрозольных гелей произошло возгорание, в итоге которого исследователи получили на выходе графен. Вот так простая случайность привела к маленькой, но всё же революции в производстве одного из самых перспективных материалов современности.
Scyther:
Графен, рожденный из искры
http://www.ng.ru/science/2017-11-22/12_7120_grafen.html
Сажа под микроскопом. Структуры внизу снимка в виде ленты – графен. Фотография сделана на растровом электронном микроскопе при различном увеличении и ускоряющем напряжении 11,02 кВ.
Газовую смесь удалось взорвать так, что в итоге получился уникальный материал
Впервые полученный нашими соотечественниками Константином Новоселовым и Андреем Геймом в 2004 году графен из экзотического материала превращается в рядовой объект исследования. Оба они в 2010 году за это открытие были удостоены Нобелевской премии по физике. Графен находит применение в самых различных случаях – от получения прочных композитов, покрытий до всевозможных устройств электроники (см. «НГ-науку» от 23.09.15, с. 14.).
Графен представляет собой двумерный аллотропный (аллотропия – существование двух и более простых веществ одного и того же химического элемента, различных по строению и свойствам) углерод толщиной в один атом. При этом прочность этой моноатомной пленки превосходит прочность металлов в десятки раз при близкой к ним электропроводимости. К тому же графен прозрачен.
Потребность в графене с каждым годом растет. Ограничивает его широкое применение лишь дороговизна и трудоемкость получения. Часто для этого требуется использование токсичных веществ, редких катализаторов и большого количества энергии.
Года три назад появились результаты исследователей из Университета штата Канзас (США) под руководством профессора Криса Серенсена, которые случайно (как указывают авторы) получили графен взрывным методом. Для производства этого взрыва оказалось достаточно иметь углеводородный газ, кислород и свечу зажигания. Метод оказался крайне простым. Камера сгорания заполнялась смесью газов (ацетилена или этилена и кислорода), с помощью автомобильной свечи вызывалась детонация смеси газов. Оставалось только собрать с внутренних стенок камеры сгорания сажу, которая после изучения оказалась графеном.
Экспериментальная установка, на которой проводятся эксперименты по взрывному получению графена.
Американские специалисты не планировали получить графен, рассчитывали лишь на углеродистый аэрозольный гель. Но им повезло, хотя не зря говорят, что везет тем, кто везет. В итоге был предложен экономически выгодный, экологичный и простой способ получения графена. Авторы запатентовали его в прошлом году.
По иронии судьбы, похожая камера (из высокопрочной нержавеющей стали) для исследования параметров внутреннего взрыва газовоздушных смесей (индивидуальных, пропан-бутановых и т.п.) уже использовалась года четыре на кафедре процессов горения Академии Государственной противопожарной службы МЧС России. Причем использовалась не только для проведения экспериментальных исследований, но даже для демонстрационных показов студентам. Более того, и поджиг газовых смесей в камере осуществлялся с помощью автомобильной свечи.
Естественно возникло предположение о возможности образования графена и при работе нашей установки, хотя режимы ее работы отличались от экспериментов американских исследователей. Они проводили работы в «детонационном» режиме при скоростях распространения пламени по горючей газовой смеси (ацетилена и кислорода) близких к скорости звука. Наша группа совместно с сотрудниками Института проблем химической физики Российской академии наук из Черноголовки (Наталья Акентьева, Надежда Дремова, Владимир Торбов) исследовала подобные процессы при дозвуковых скоростях и на иных газовоздушных смесях (пропан-бутановых без накачки кислорода). В остальном подходы были схожими.
После того как с помощью ватных дисков были взяты пробы «сажи» с внутренних стенок камеры, нами были сделаны многочисленные снимки (один из них приводится) и самих сажевых частиц (агломератов), и, с очень высокой вероятностью, графена в виде ленты. Сажа с ватных дисков переносилась на липкие ленты и далее – на твердые подложки. Сейчас планируется отработать отбор проб в виде «порошков» с использованием маленьких пластмассовых пробирок или стеклянных пузырьков.
Работы для исследователей достаточно, так как можно менять состав горючей смеси, скорость нарастания давления, линейную скорость распространения пламени, температуру взрыва, да и саму сажу следует изучить подробнее. Но это уже рутинные исследования, не исключающие, впрочем, каких-то сюрпризов. А основной итог работы – получен графен простым методом, не требующим больших энергозатрат. Необходима лишь искра от свечи зажигания.
Scyther:
Samsung разработала графеновый аккумулятор с высокой емкостью и скоростью зарядки
http://www.interfax.ru/business/589222
Москва. 27 ноября. INTERFAX.RU - Южнокорейская компания Samsung Electronics разработала новый аккумулятор для мобильных устройств на основе графена, емкость которого на 45% выше, чем у литий-полимерных аналогов, при этом заряжается он в пять раз быстрее.
Как говорится в сообщении компании, специалисты Института передовых технологий Samsung (SAIT) успешно синтезировали графеновые "шарики", которые позволяют оптимизировать работу литий-ионных аккумуляторов. Так, батарея мобильного телефона на их основе полностью заряжается за 12 минут, тогда как самым современным существующим аккумуляторам в массовом производстве требуется не менее часа.
В перспективе графеновые аккумуляторы также можно будет использовать в электромобилях. Они продемонстрировали стабильность работы при температурах до 60 градусов Цельсия.
Графен - модификация углерода, в которой его атомы образуют "пленку" толщиной в один атом, обладает большой механической жесткостью и рекордно высокой теплопроводностью. Открыт в 2004 году работавшими в Манчестерском университете физиками Андреем Геймом и Константином Новоселовым.
Samsung активизировала вложения в разработку новых технологий после неудачи с Galaxy Note 7 в прошлом году - отзыв и снятие с производства смартфонов, которые были подвержены возгоранию и могли спонтанно взорваться, обошлись ей в $5 млрд .
SAIT нашла возможность использования кремния для синтеза графена в форме трехмерного попкорна и применения полученных шариков в усовершенствованных аккумуляторах. Samsung подала патентные заявки на эту технологию в США и Южной Корее.
Навигация
[0] Главная страница сообщений