31 октября 2016

Несколько способов применения графена, которые изменят вашу жизнь

Он сильный, он пластичный, он уже здесь. После весьма продолжительных исследований в лабораторных условиях первые продукты на основе графена начинают появляться в мире смартфонов, аккумуляторов, транзисторов, спортивной экипировки, виртуальной реальности и даже суперкаров. По мнению некоторых людей, этот материал на Землю «занесли» инопланетные пришельцы много тысяч лет назад.

cee6bakw8aaklyh

Да, это звучит немного неправдоподобно, но такой тонкий, прочный, сверхпроводимый, да и в целом всесторонне впечатляющий материал, безусловно, заслуживает существования подобной теории. Прошло более 60 лет с того момента, как ученые и различные производственные гиганты начали исследовать графен – однако только сейчас он начинает раскрываться в полной мере, чтобы революционизировать множество вещей, которыми мы пользуемся каждый день.

Сенсоры 3D-камер

Если вы интересовались свойствами и вариантами применения графена, то наверняка слышали о том, что камеры, изготовленные с применением графена в 100 раз более светочувствительны по сравнению с существующими сейчас.

d0c9923a8cd349d498ff299b21581aa2

Пока это не стало реальностью, но успехи в этой области есть – взять, к примеру, эксперимент Мичиганского университета, в ходе которого была создана камера, использующая несколько полупрозрачных графеновых сенсора для создания 3D-модели окружения, в результате чего появляется возможность выбора точки фокусировки уже после съемки кадра (нечто подобное можно было встретить в смартфоне HTC One M8, но там для этого требовалось две камеры, да и результат был не такой впечатляющий). Графен позволяет выпускать относительно нетрудозатрадные и доступные камеры, являющиеся альтернативой дорогим устройствам от Lytro. Матрицы из графена отличаются тем, что используют всего несколько слоев датчика – камерам от Lytro для того же самого эффекта необходим массив из сотен тысяч микролинз для создания такого же объемного изображения.

Батареи, заряжающиеся за минуту

Попробуйте загуглить информацию об аккумуляторах на основе графена и в течение буквально пяти минут вы найдете просто невероятное количество данных о разработках графеновых батарей. Последняя такая новость пришла от китайской компании Dongxu Optoelectronics, выпустившей реальный продукт – внешний аккумулятор на 4800 мАч, который поможет вам в отпуске не беспокоиться о внезапно разрядившихся гаджетах. Главной особенностью устройства является его полная зарядка в течение 15 минут, что в три раза меньше, чем у современных смартфонов с функцией быстрой зарядки и значительно меньшей емкостью батареи.

smartphone-battery-pack_640_350_1

Также существует зарядное устройство Zap & Go, использующее технологию, которая в конечном счете может заменить литий-ионные аккумуляторы и заряжать наши телефоны невероятно быстро. “Оно может восполнить до половины емкости всего за пять минут.” – говорит участник проекта Zap & Go Квентин Лемари (Quentin Lemarie). На данный момент одна из самых больших проблем в технологической индустрии – найти замену литий-ионным аккумуляторам, применяющимся сегодня повсеместно: от смартфонов до электромобилей. Некоторые из наиболее перспективных экспериментов используют сочетание графена и кремния для замены Li-ion наработок.

Статья о подобной батарее была опубликована в британском журнале Nature в марте 2016. В ней рассказывается о том, что такой аккумулятор после 1000 циклов перезарядки сохранил вдвое больше емкости, чем его литий-ионный аналог. В сравнении с бензиновыми двигателями это не слишком значительное преимущество, но это решение могло бы добавить, как минимум порядка 250-350 километров к запасу хода электрокара.

tesla-p85d-ac-2015-1

Основа будущих компьютерных систем

Один из наиболее многообещающих способов применения графена – а вместе с тем и самый малоизученный – использовать графен в качестве замены кремнию в компьютерных чипах. IBM и Intel отказались от использования графена для своих будущих чипов в 2011 году, однако это не помешало IBM в 2014 году инвестировать $3 миллиона в исследования материалов (включая графен), способных заменить кремний.

procesador-intel-cuarta-generacion-core-i7-4770-1150-34ghz-39ghz-comprar

Возможно, графен и является тем чудо-материалом, в котором мы нуждаемся, но его главная проблема состоит в том, что графен не является естественным полупроводником, и следовательно, не может быть универсальным решением, а лишь его частью. В свою очередь, проблема современных кремниевых процессоров, заключается во все меньшей миниатюризации техпроцесса – основополагающей улучшения эффективности работы процессора. Для сравнения: первый процессор Pentium начала 1990х годов имел 800 нм транзисторы, а в 2006 Intel перешла на чипсеты с 65 нм транзисторами. Сегодняшние же процессоры семейства Skylake производятся по 14 нм техпроцессу. Чем «ближе этот показатель к нулю», тем меньше потенциала остается в кремнии.

Задача, которая стоит перед инженерами – достичь, как можно большей энергоэффективности, вследствие чего будет выделяться меньше тепла, из-за чего потребуется менее мощная система охлаждения, что в итоге позволит увеличить частоты, сократив время просчета тех или иных операций. Да, мы еще чрезвычайно далеки от массового производства графеновых процессоров, но людям ни в коем случае нельзя списывать их со счетов.

cpugraphene-atoms

Самые маленькие в мире динамики

Обычные аудиодинамики – сравнительно простые устройства, они используют очень быстро двигающиеся назад и вперед механические элементы, захватывая воздух, и создавая тем самым звуковые волны. Принцип действия акустики на основе графена заключается в замене мембран аэрогелем, за счет которого появляется звук – и чем плотнее этот гель, тем более мощный звук можно «выжать» из динамика. На данный момент подобные устройства существуют лишь в качестве лабораторных разработок, но уже сейчас очевидно, что их удастся уменьшить до размеров, пригодных для использования в мобильных устройствах.

mini-cube-speaker-2a

Экологически чистая вода

Графен может помочь нам и в очистке воды, почвы и воздуха. Одно из таких решений – Grafysorber от компании Directa Plus. Это суперабсорбент, идеально подходящий для разливов нефти. По словам разработчиков, “один грамм Grafysorber способен поглотить до 90 граммов нефти.” Благодаря этому продукту можно очистить воду даже до безопасного для питья уровня. “Как правило, вы должны использовать биологические или химические процессы для очистки воды, но Grafysorber не содержит никаких химикатов.” – добавляют создатели

cfxfxxkxiaeya6f.

Перчатки-манипуляторы

Не секрет, что виртуальной реальности в ее текущем состоянии не хватает достоверности ощущений. Для того, чтобы изменить ситуацию, VR-индустрии нужны совершенно новые революционные контроллеры. Благодаря графену у нас появляется возможность получить сверхотзывчивые перчатки, чувствительные к мельчайшим движениям и изменению температуры. “Графеновая стружка печатается очень тонкими слоями и весьма чувствительна к деформации, – утверждает д-р Дэррил Коттон (Darryl Cotton), старший научный сотрудник научно-исследовательского центра Nokia в Кембридже, — мы также добавили в конструкцию из восстановленного оксида графена температурный датчик.”

grafen-her-seyi-degistirecek-8299516_x_o

Конечным результатом работы кембриджской команды стала перчатка, напичканная множеством датчиков и светодиодов, отображающих все изменения состояния перчатки. Все электрические компоненты в манипуляторе настолько малы, что полученное устройство вполне может использоваться в виртуальной реальности для мониторинга крошечных движений пальцев.

Носимая электроника

Напечатанная на принтерах микроскопическая электроника и Интернет Вещей – одни из главных трендов ближайшего будущего, и графен может значительно ускорить прогресс в этом направлении. Путей применения графена в печатаемой электронике огромное множество: прежде всего стоит рассмотреть вариант с бесплатными напульсниками с напечатанными графеновыми микросхемами, помогающими отслеживать количество людей, ожидающих своего рейса в аэропортах и пассажиропоток в метро для повышения уровня безопасности в этих местах. Также можно, например, использовать стикеры с микросхемами в магазинах для быстрого получения информации о доступности того или товара.

11-420-90

Читайте также