Отложенный старт: сможет ли графен наконец изменить мир?

Двадцать лет назад ученые объявили о создании нового чудо-материала, который способен изменить современную реальность. Они назвали его графеном.

Графен состоит из атомов углерода, это один из самых прочных материалов, когда-либо созданных, и, кроме того, он лучше проводит электричество и тепло, чем медь.

Казалось, что перспективы революционного развития технологии безграничны, были прогнозы о появлении нового поколения сверхбыстрых процессоров и компьютеров, батарей, которые смогут заряжаться в пять раз быстрее, и суперпрочного бетона. Предполагалось и решение проблемы дорожных выбоин: достаточно смешать графен с традиционным материалом для дорожного покрытия, и проклятие современной транспортной системы исчезнет навсегда.

Андре Гейм и Константин Новоселов (ученые, открывшие графен) были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году. Был создан Национальный институт графена.

Но затем ажиотаж вокруг чудо-материала утих. Графен так и не совершил революцию в электронике, а выбоины по-прежнему с нами.

Так что же случилось с революцией графена? Почему она не состоялась? У Колина Хамфриса, профессора материаловедения из Лондонского университета королевы Марии, есть простой ответ: «Графен по-прежнему остается очень перспективным материалом. Проблема заключается в масштабировании его производства. Именно поэтому он не оказал того влияния, которое ожидалось».

Изначально графен был получен довольно необычным способом, как объяснил Хамфрис. Гейм и Новоселов создали его из куска графита, перенося атомы углерода с помощью клейкой ленты до тех пор, пока не получили слой, толщиной в атом.

«Однако это была бы всего лишь крошечная чешуйка, несколько миллиметров в диаметре, — добавляет он. — Из таких кусочков невозможно сделать электронные устройства. Для создания работоспособных устройств необходимо иметь как минимум 6-дюймовые пластины материала. Поэтому IBM, Samsung и Intel потратили миллиарды, пытаясь масштабировать производство графена, чтобы получить его в нужных формах и количествах, однако эти усилия не увенчались успехом».

В результате графеновая революция остановилась, хотя в последнее время появились обнадеживающие признаки того, что технология может вскоре вновь обрести прежнюю популярность.

Хамфрис считает, что рынок вскоре может получить новое дыхание благодаря прорыву в производстве устройств на основе графена. Хамфрис и его коллеги сделали ключевой шаг в этом направлении, когда выяснили, что технология, используемая для производства электронных компонентов из нитрида галлия, может быть использована для крупномасштабного производства графена.

«Один из первых образцов графена, полученного таким образом, мы использовали для изготовления датчика, способного обнаруживать магнитные поля», — рассказывает Хамфрис, который вместе с командой создал компанию Paragraf.

Компания, расположенная в местечке Сомершем в Кембриджшире, стала одним из первых в мире предприятий по серийному производству устройств на основе графена. Два реактора, по форме напоминающие печи для пиццы, теперь производят достаточно графена для изготовления 150 000 устройств в день.

Полученные материалы применяют в двух областях: во-первых, для изготовления датчиков, измеряющих магнитные поля. Их можно использовать для обнаружения неисправных батарей в электронных велосипедах и скутерах, предотвращая пожары.

Второй тип датчиков может различать бактериальные и вирусные инфекции, показывая, будет ли целесообразным лечение антибиотиками. «Мы также считаем, что с помощью наших биосенсоров можно будет за несколько минут определить, есть ли у человека сепсис или нет», — считает Хамфрис.

По его словам, важен и тот факт, что графеновые устройства, скорее всего, будут потреблять меньше энергии, чем те, что популярны сейчас.

«Эра кремния подходит к концу. Мы достигли предела количества транзисторов, которые можно уместить на одной микросхеме, в то время как потребляемая ими энергия удваивается каждые три года. А это значит, что если ничего не произойдет и мы продолжим в том же духе, то кремниевые устройства будут потреблять всю мировую электроэнергию. А это огромная угроза всем надеждам на нулевые выбросы. Пусть графеновая технология стала доступна позже, чем все надеялись, но у нее есть потенциал для решения этих проблем и реального изменения современной жизни», — считает Хамфрис.

Научные сенсации, которые не оправдали надежд:

Атомная энергия. «Уже поколение наших детей сможет пользоваться электричеством в неограниченных количествах, никто даже не подумает ее измерять, настолько это будет дешево», — Льюис Штраус, председатель Комиссии по атомной энергии США в 1954 году.

Sinclair C5, гибрид веломобиля с электромобилем. «Транспорт будущего», — гласила реклама электромобиля-скутера Sinclair C5 в 1985 году. В первый год прогнозировались продажи в 100 000 единиц, но было продано только 5 000. Проект был закрыт.

Медицинские разработки. «Пришла пора объявить конец эры инфекционных заболеваний и объявить полную победу в войне с заразой», — высказывание приписывают доктору Уильяму Х. Стюарту, главному хирургу США в 1965-1969 годы.

Источник