Тезисы начинающих исследователей Графен. Применение

В.В. Белькович, студент 2 курса

Руководитель: к.т.н., доц. О.В. Асташкина

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна»

E-mail: thvikm@yandex.ru

Графен (англ. graphene) – двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, находящихся в sp²- гибридизации и соединенных посредством σ- и π- связей в гексагональную двумерную кристаллическую решетку.

Это самая прочная субстанция (в 300 раз прочнее стали), которая обладает рядом специфичных свойств. Графен является тончайшим материалом, обнаруженным человеком, а также является самым легким материалом. Графен прозрачен и проводит электричество лучше меди, очень эластичен. Графен обладает большой механической жесткостью и хорошей теплопроводностью. Высокая подвижность носителей заряда делает его перспективным материалом для использования в самых различных областях науки и техники.

Первым коммерческим проектом применения графена являются литий-ионные батареи третьего поколения. Батареи содержат анод из покрытого графеном карбида кремния, что позволяет вдвое увеличить емкость батареи по сравнению с обычным графитовым анодом. Также вес батареи снижен на 16 % уже сейчас, и до 50 % будет снижен в будущем. Начало выпуска батарей намечено на 2014 год.

При помощи нового материала, созданного с использованием наночастиц магнетита Fe₃O₄ и восстановленного оксида графена, был создан вариант композита, который обеспечивает удаление 99,9 % мышьяка из водной среды.

В настоящее время уже создана бумага, состоящая из множества слоев графена – графеновая бумага. Плотность графеновой бумаги в 5 – 6 раз ниже, чем у стали. При этом испытания показали, что новый материал в 2 раза тверже и в 10 раз прочнее при растяжении, нежели углеродная сталь, а модуль упругости при изгибе оказался выше в 13 раз. Графеновая бумага будет великолепным конструкционным материалом, востребованным в авиационной и автомобильной отраслях промышленности, в то же время экономически выгодным и экологичным.

Графен. Получение

А.И. Бурцева, студент 2 курса

Руководитель: к.т.н., доц. О.В. Асташкина

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна»

E-mail: thvikm@yandex.ru

Графен (англ. graphene) можно представить как одну плоскость графита, отделенную от объемного кристалла.

Графен можно получать различными способами, некоторые из них рассматриваются в данной работе.

Используя химические методы, можно получить кусочки графена. Для этого микрокристаллы графита обрабатываются смесью серной и азотной кислоты. Графит окисляется с образованием карбоксильных групп графена. Воздействуя на них тионилхлоридом, их превращают в хлориды, а затем под действием октадециламина в растворах тетрагидрофурана, тетрахлорметана и дихлорэтана они переходят в графеновые слои толщиной 0,54 нм.

Существует способ выращивания графена на подложке из карбида кремния. При этом исследования показывают, что, несмотря на то, что толщина слоя графита составляет больше одного слоя, в проводимости участвует только один слой, находящийся в непосредственной близости к подложке, и свойства такого материала эквивалентны свойствам графена.

Существует механический метод получения графена, который заключается в том, что окисленную подложку кремния покрывают эпоксидным клеем и тонкую пластинку графита прикрепляют к клею при помощи пресса. После этого графитовую пленку удаляют при помощи липкой ленты, и на поверхности клея остаются области с графеном и графитом.