Нить из оксида графена – технология будущего
Ученые создали нить из оксида графена, которая способна выдерживать очень большие нагрузки, накапливать и хранить энергию. Толщина графена всего один атом. А свойства этого материала настолько потрясающие, что интерес ученых к нему возрастает все больше.
Ранее мы уже рассказывали о ткани из углеродных нанотрубок, которая обладает повышенной прочностью и электропроводностью. Но, похоже, эти удивительные свойства превосходит графен — самый тонкий из всех существующих и возможных современных материалов. Чтобы сложить стопку из графена высотой в 1 мм, понадобится три миллиона листов! И это не самые удивительные его свойства.
Прочность графена в 10 раз превышает прочность стали. Лист графена, толщина которого не больше толщины обыкновенного пакета, способен выдержать вес слона. Это лучший из всех существующих проводников, но только в условиях комнатной температуры. Исследователи выделили несколько свойств, которые делают его уникальным. Молекулярная структура графена очень устойчива к различного рода повреждениям. А электроны, которые переносят электрический заряд, очень быстро перемещаются в нем. К тому же они ведут себя удивительным образом: как будто их масса вдвое или даже втрое меньше, чем в суперпроводниках или в стали. Именно эти поразительные качества графена помогли обратить на него внимание ученых.
Эксперимент с графеновой нитью
Ученые из Австралии и Ирландии придумали, как сделать из оксида графена «умную одежду». Нить на его основе используется как компонент суперконденсаторов.
Суперконденсаторы это изобретение украинских ученых. Говоря простым языком, это эффективный накопитель электроэнергии. Суперконденсатор дает возможность разработать универсальный источник питания. К примеру, с его помощью на морозе можно с легкостью завести двигатель автомобиля. Вот почему графеновая нить имеет такое первостепенное значение для науки. Область ее применения в будущем значительно расширит границы.
Гордон Уоллес, возглавляющий группу исследователей, говорит, что им удалось добиться такой рекордной емкости нити, которую еще ни одному материалу не удавалось достигнуть. Она обладает способностью накапливать электроны и хранить огромное количество энергии. В случае надобности одежда из нити графена сможет почти мгновенно отдавать энергию, а потом быстро заряжаться новой. Следует заметить, что опыты других ученых на углеродных нанотрубках и графене не давали таких потрясающих результатов.
Для того, чтобы получить графеновую пряжу, ученые под руководством Гордона Уоллеса использовали метод мокрого прядения. В результате у них получились довольно прочные нити неограниченной длины, модуль Юнга которых составил 29 ГПа. Что в несколько раз превышает прочность обычной стали.
В графеновой нити переплетаются волокна из оксида графена и восстановленного оксида графена. Получившаяся нить обладает высоким уровнем упругости и гибкости.
Не смотря на то, что сам графен довольно гибкий и его можно растянуть примерно на 20%, графеновая нить такими характеристиками не обладает. Растянуть ее дело довольно трудное, а может и вовсе невозможное.
Область применения
Графеновая нить может с успехом применяться для носимой электроники — в портативных накопителях энергии для часов, браслетов и др. Еще одна область применения графеновой нити это производство «умной ткани». Микроскопические электронные устройства интегрируются прямо в материал. Такой текстиль способен выдержать очень высокие нагрузки. Например, при регулярной стирке качества ткани совершенно не снижаются. Поэтому можно предположить, что и изнашиваемость одежды с применением графеновой нити будет минимальная. Кстати, графен наделен еще одним немаловажным свойством – фильтровать воду и задерживать разные жидкости и газы. А значит, умная графеновая ткань будет иметь уникальные характеристики.
Стоит отметить, что сегодня выпускаются подобные химические аккумуляторы, которые могут обеспечивать энергией носимую электронику или даже одежду. Но исследования показали, что переносимость стирки у них довольно низкая, а изнашиваемость наоборот высокая. Оксид графена по своим качествам ушел далеко вперед.
Кроме прочего, восстановленный оксид графена, способен уничтожать опасные бактерии. Во время проведенных серьезных исследований ученые открыли его свойства убивать кишечную палочку. Оксид графена просто разорвал мембрану клетки, уничтожив опасный микроб. Оксид графена может стать основой эффективных антисептических материалов.
У графена есть еще несколько значимых преимуществ. Одноступенчатый процесс производства оксида графена позволяет существенно снизить стоимость получаемых материалов. А его углеродная основа поможет решить такую важную для экологии проблему, как утилизация.
