№11 ноябрь 2022

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Чудесный материал графен

В материалах рубрики использованы сообщения следующих журналов: «Cosmos Magazine» (Австралия), «The Economist» (Великобритания), «Mare» и «Max Planck Forschung» (Германия), «American Scientist» и «Skeptical Inquirer» (США), «Le Point» (Франция).

В 2004 году физики Андрей Гейм и Константин Новосёлов получили новый материал графен, представляющий собой сетку из атомов углерода, расположенных в один слой в форме шестиугольных ячеек (см. рисунок). Открытие отмечено Нобелевской премией по физике 2010 года (см. «Наука и жизнь» № 11, 2010 г., статья «Новое лицо углерода»). С тех пор постоянно появляются новые идеи, как и где применить этот необычный материал, отличающийся поразительными свойствами. О некоторых новых вариантах использования графена рассказал английский журнал «The Economist».

Нанохлопья графена под электронным микроскопом. Недавно в университете Западной Австралии обнаружена возможность использования этой формы графена как катализатора во многих химических реакциях. Фото: Maido Merisalu/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0.

Выяснилось, что добавка в цемент менее 0,1% графена делает бетон на 30% прочнее, а это значит, что можно экономить цемент, топливо и сократить количество диоксида углерода, выбрасываемого печами, в которых обжигают мергель для получения цемента. Увеличивается и срок жизни железобетона, поскольку графен защищает его стальную арматуру от ржавления. А в некоторых случаях можно совсем отказаться от арматуры. В 2021 году при строительстве в английском городе Эймсбери гимнастического зала площадью более 700 м2 пол сделали из графенового бетона без арматуры. За счёт повышенной прочности нового бетона сэкономлено около 30% цемента. А добавка всего 0,005% графена в материал сооружений, которым предстоит работать в морской воде, например, в бетон для строительства молов и опор причалов, упрочняет конструкцию на 40%. Добавка этого вещества в битум при изготовлении асфальта весьма продлевает службу дорожного покрытия, предотвращается размягчение асфальта на солнцепёке и растрескивание в мороз. Имеет смысл добавлять его и в резину шин — это увеличивает срок их службы. Компания «Форд» начала использовать его вместо стали и алюминия в некоторых деталях автомобилей.

По оценкам английских экономистов, в 2019 году мировое производство графена составляло менее 3000 т, а к 2022 году оно достигло 12 700 т. Сырьём для получения служат метан, природный газ, этанол, но можно получать графен и из практически любой органики: пищевых остатков, старых шин, пластикового мусора, отходов нефтепереработки. Отличным сырьём оказалась кофейная гуща. В университете Хьюстона (США) разработан метод получения графена из органики методом вспышки. Органические вещества помещают в трубку с электродами на концах. Мощный разряд, на секунду температура поднимается до 2700°С. Сгорает и испаряется всё, остаются слои графена. Новые методы позволили за несколько лет снизить стоимость килограмма графена с 67 000—200 000 до десятков и сотен долларов. В Канаде строится завод, который в начале будущего года должен начать выдавать продукцию, полученную методом вспышки, до тонны в день...

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее