Kodėl grafenas vadinamas „ateities medžiaga“? (Video)

Grafeno tranzistoriai galės pakeisti silicį puslaidininkių pramonėje

Švedijos karališkoji mokslų akademija, pristatydama fizikos premijos laureatus tvirtino, kad iš grafeno pagaminti tranzistoriai turėtų būti gerokai greitesni ir našesni energijos vartojimo atžvilgiu, nei dabartiniai silicio pagrindu veikiantys puslaidininkiniai komponentai. Taigi, grafenu paremtais tranzistoriais, kurie ateityje turėtų pakeisti silicio analogus būtų kuriami gerokai tobulesni (greitesni ir kompaktiškesni) ateities kompiuteriai.

Įvairiais eksperimentais jau patvirtinta, jog grafeno vidinė varža yra nepalyginamai mažesnė nei silicio – vadinasi, jo pagrindu pagaminti komponentai kais daug mažiau nei, įprastiniai siliciniai. Be to grafenas yra geras šilumos laidininkas - tai reiškia, kad ši medžiaga sparčiai atiduoda sugeneruotą šilumą į aplinką. Dėl šių savybių grafenu paremta elektronika galėtų dirbti daug didesniais greičiais ir nekelti problemų dėl perkaitimo.

”Silicio darbo greitis yra ribotas ir mes negalime jo priversti dirbti didesniu dažniu”, - aiškina Walter de Heer, mokslininkas dirbantis su grafenu. Šiuo metu silicio dažnis yra “užstrigęs” keliolikos gigahercų lygmenyje. Apie grafeno galimybes mokslininkas atsiliepia taip: “Aš tikiu, kad mes galime pasiekti bent jau teraherco dažnį su grafenu - tai yra 1000 kartų sparčiau lyginant su siliciu. Bus labai įdomu, jei mes peržengtume ir šią ribą “.

Greitis nėra vienintelis grafeno privalumas. Pavyzdžiui silicio pagrindu gaminami komponentai turi aiškiai nubrėžtas matmenų ribas – jei matmenys yra mažesni nei 10nm komponentai dėl kvantinių reiškinių praranda savo pagrindines savybes. Tuo tarpu grafeno fizikinės savybės išlieka tos pačios išskaidžius grafeną į mažesnes nei 1 nanometras dalis.

Nors grafeno elektronika – kol kas tik vizija, tačiau šia kryptimi intensyviai dirba daugybė pirmaujančių mokslinių laboratorijų. Štai panaudojant vos vieno atomo storio grafeno sluoksnį, IBM jau sukūrė 100 GHz dažniu veikiantį tranzistorių. Toks tranzistorius maždaug 10 kartų greitesnis nei greičiausi puslaidininkiniai ir tai dar tik tyrimų pradžia.

Akumuliatoriai su grafenu galės būti įkraunami per kelias minutes

Mokslininkai iš „Pacific Northwest National Laboratory“ (JAV) paskelbė kuriantys akumuliatorių, kuris turėtų būti ir talpus, ir labai greitai įkraunamas. Jo paslaptis – grafenas, kurį panaudojus ličio jonų akumuliatoriuje, padidėja jo talpa, ilgaamžiškumas ir įkrovimo greitis. Jei jiems pavyks, mobilaus telefono pakrovimui tereiks kelių minučių.

Grafeno antibakterinės savybės leis sukurti naujas medžiagas medicinai

Buvo atrasta, kad bakterijos nesidaugina ant popieriaus, padengto grafenu, tačiau žmogaus audiniams grafenas neigiamo poveikio neturi. Šis atradimas leis sukurti naujas tvarstomąsias, maisto įpakavimo medžiagas, gal būt ir naujas tekstilės rūšis.

Grafeno nanoburbuliukuose sukuriami ypač stiprūs magnetiniai laukai

Grafeno sukūrus išlinkimus – nanoburbuliukus, ir paleidus juo elektros srovę, buvo aptikta, kad burbuliukuose susiformuoja net iki 300 Teslų stiprumo magnetiniai laukai. Paprasti magnetai suyra, jeigu magnetinis laukas yra stipresnis nei 85 Teslos, taigi šis atradimas, nustebinęs dar viena stebėtina grafeno savybe, gali padėti sukurti naujas magnetines medžiagas. 

Grafeno segmentas – greičiausiai besisukanti medžiaga

Mokslininkams pavyko įsukti grafeno segmentą net 60 milijonų apsisukimų per sekundę greičiu, ir tai yra rekordinis makroskopinio objekto sukimosi greitis. Tačiau įdomiausia yra tai, kad mokslininkai mano, jog tai – tik viena tūkstantoji greičio, kuriuo grafenas galėtų suktis ir neiširti dėl savo ypatingo struktūros tvirtumo. 

Šviesos šaltiniai su grafenu gali būti nebrangūs ir saugūs aplinkai

Šviesos elektrocheminiai elementai (Light-emitting electrochemical cells (LECs)) su grafenu gali pakeisti organinius šviesos diodus, kurie jau plačiai naudojami kompiuterių, televizorių, mobiliųjų telefonų ir kitų prietaisų ekranuose. Manoma, kad plokštieji ekranai su grafenu būtų pigesni, juos būtų lengviau perdirbti.

Naujos galimybės lietimui jautriems ekranams

“Grafenas yra praktiškai skaidrus ir tuo pačiu geras elektros laidininkas, todėl yra labai tinkamas gaminant permatomus liečiamus ekranus ar saulės baterijas”, - tvirtino Nobelio premijos komitetas skelbdamas apie premijos laureatus. Jog tai ne tušti žodžiai, įrodė ir P. Korėjos mokslininkai, kurie jau šią vasarą sukūrė pirmąjį grafenu paremtą liečiamąjį ekraną.