Графену 20: все эти годы материалу находится реальное применение от спортивного инвентаря до электроники

20 лет назад два физика изменили мир и получили за это Нобелевскую премию

Двадцать лет назад два физика из Манчестерского университета, Андрей Гейм и Константин Новосёлов, опубликовали новаторскую работу о необычных электронных свойствах графена. Графен — кристаллическая форма углерода, эквивалентная одному слою графита толщиной всего в один атом. Эта работа была быстро скопирована и воспроизведена учёными по всему миру, благодаря чему были разработаны новые методы изготовления этого материала.

Графен был воспринят как революционный материал, обещающий сверхбыструю электронику, суперкомпьютеры и сверхпрочные материалы. Более фантастические заявления включали космические лифты, солнечные паруса, искусственные сетчатки и даже плащи-невидимки. Всего через шесть лет после своей первой работы Гейм и Новосёлов были удостоены Нобелевской премии по физике, что ещё больше подогрело энтузиазм вокруг этого материала.

Однако не все ожидания и предсказания сбылись. У любой популярной статьи о материале можно быстро найти скептиков: они жалуются, что десятилетиями видят пустые обещания о реальном влиянии графена. Где же революционные продукты, которые обогащают жизнь или спасают мир от изменения климата, — спрашивают они.

С точки зрения общественного восприятия, справедливо будет сказать, что графен был поставлен на невозможный стандарт. Учёные не застрахованы от переоценки или спекуляций о своих проектах. Однако такие прорывные технологии, как автомобили, телевидение или пластик, потребовали десятилетий развития. Графен всё ещё «новичок» в мире крупных открытий.

Тихо произошла устойчивая интеграция графена в многочисленные практические приложения. Во многом это произошло благодаря Graphene Flagship, крупной европейской исследовательской инициативе, координируемой Технологическим университетом Чалмерса в Швеции. Она направлена на то, чтобы перенести графен и связанные с ним материалы из академических исследований в реальные коммерческие приложения, и в результате за последнее десятилетие было разработано более 90 продуктов.

К ним относятся смешанные пластики для высокопроизводительного спортивного инвентаря, более долговечные гоночные шины для велосипедов, мотоциклетные шлемы, которые лучше распределяют ударную силу, теплопроводящие покрытия для деталей мотоциклов и смазочные материалы для снижения трения и износа между механическими деталями. Графен находит применение в аккумуляторах и суперконденсаторах, обеспечивая более быструю зарядку и более длительный срок службы. Проводящие графеновые чернила используются для производства датчиков, беспроводных меток слежения, нагревательных элементов и электромагнитного экранирования для защиты чувствительной электроники.

Графен даже используется в наушниках для улучшения качества звука и как более эффективное средство передачи тепла в кондиционерах. Изделия из оксида графена используются для опреснения, очистки сточных вод и очистки питьевой воды.

Между тем, ряд графеновых материалов можно купить в готовом виде для использования в бесчисленном количестве других продуктов, и такие крупные корпорации, как SpaceX, Tesla, Panasonic, Samsung, Sony и Apple, по слухам или известно, используют их для разработки новых продуктов.

Влияние графена на материаловедение неоспоримо. Влияние на потребительские товары ощутимо, но не так заметно. Как только материал внедрён в работающий продукт, нет необходимости постоянно упоминать его, а проблемы с правом собственности могут заставить компании неохотно вдаваться в подробности. Поэтому потребители могут пребывать в неведении, что их автомобиль, мобильный телефон или клюшка для гольфа содержат графен, и, скорее всего, им все равно, пока устройство или предмет работает.

По мере совершенствования методов производства и снижения затрат можно ожидать, что графен будет всё более широко использоваться. Экономия за счёт масштаба сделает его более доступным, а спектр применения, скорее всего, продолжит расширяться.

«Я всё ещё радуюсь, когда пробую его для чего-то нового в лаборатории. Хотя я, возможно, виновен в том, что способствовал первоначальному ажиотажу, я остаюсь оптимистом относительно потенциала графена. Я всё ещё жду своего полёта на космическом лифте, но в то же время я буду утешаться тем фактом, что графен уже помогает формировать лучшее будущее — тихо и неуклонно», — говорит один из исследователей.