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

  • Чешир VII (Маргинал -Люмиавод)

    Так и не увидел, как графен изменит мою жизнь-насколько б перспективным он не был

  • V_Alex

    «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.»
    Автор, надо хотя бы поверхностно нужно изучать материал, прежде чем писать чушь. Проблема современных нанометровых техпроцессов в источнике излучения для литографии, а не в кремнии. Длина световой волны все ограничивает. Сейчас используются ультрафиолетовые лазеры. Возможно понадобятся рентгеновские лазеры.

  • Dmitry Pelegov

    Если на чистоту — то ужасно. Вы взялись за сложную тему, которую «поднять» весьма не просто. Графен — это модно. Про него упоминает каждый кому не лень по месту и нет. Много чаще не к месту. Вот вы и сели в лужу. Разбор всей статьи — увольте, могу хотя бы про статью в Nature (кстати все журналы уже сильно интернациональные, назвать их британским — не совсем корректно). Так вот, судя по контексту, они лишь сказали, что за 1000 циклов ячейка теряет в ёмкости не 20, а 10 процентов. Скажем если на свежей ездила 400 км, то через несколько лет будет 360, а не 320. Короче, не беритесь за такие темы, если не можете или не хотите проработать сложный материал подобающе

  • Нурлан

    Кроме повербанки на 4800 mAh, не увидел реального применения графена, остальное все лишь прототипы или теория.
    Про чудо аккумуляторы в смартфонах говорят уже не первый год и каждый год появляются новости, что вот он прорыв, «а воз и ныне там»…

  • A70MKIII

    вдруг у вас на даче нефть разольётся и загрязнит грядки, а вы туда бац, графеновый кубик очищающий и каааааак попрет зелень!

  • Денис Кузнецов

    Слава графену!!! А если серьезно, то мега аккумуляторы очень бы хотелось

  • jockjoint

    Видимо не внимательно читали, либо не можете мыслить глобально относительно себя. )

  • Герой

    Зануда

  • Герой

    Жду когда акк запилят в смарт

  • Dmitriy Galkin

    А я жду, когда он в смарте полыхнёт как следует.

  • Герой

    он плавится при очень высоких температурах, так что это невозможно

  • Ктулху Триединый

    А заодно ещё и зарядит свою автомобиль, павербанку и смартфон пока будет абсорбировать нефть.

  • Маргинал_V6

    Ну как же — сможешь заменить конечности и быстро их заряжать)

  • Чешир VII (Маргинал -Люмиавод)

    Увеличить количество конечностей например))

  • Dmitriy Galkin

    Вы почитайте как батарейка устроена. Катод, анод и электролит. Если немного графена добавить на анод, то принцип строения аккумулятора не изменится. Он так и останется литиевым.

  • Маргинал_V6

    Доктор Чешир)

  • Герой

    А чо немного, надо нормально добавить, можно вообще только из него сделать

  • JustaJack

    Интересная статья, спасибо. Особенно интересно было прочитать про абсорбер и новый тип динамиков.

  • Dmitriy Galkin

    Супер ! Срочно патентуйте. Безбедная старость вам обеспечена !

    P.S. Вспомнился Старик Хоттабыч, который Вольке соорудил телефон из чистого золота..

  • Герой

    Да я и так впорядке.

  • Sergy

    Не просто зануда, а наверное признанный кудесник листа и пера)))) Вы уважаемый, дайте ссылочку на Вашу статью, где так сказать «проработали сложный материал» и «подняли» статью!? По моему, «лужа» под вами, а происхождение ее весьма спорное!)

  • Чешир VII (Маргинал -Люмиавод)
  • Ушелец

    А это не мгновенные процессы.
    Но если бы не было таких процессов — человечество осталось бы на уровне кроманьонцев.

  • Dmitry Pelegov

    Да, зануда, да еще какой

  • Denis Zaitsev

    Ждем когда появится спам, предлагающий закатать авто в пленку из графена.

  • Ушелец

    Самое забавное, что неучи именно сейчас пользуются практическими результатами теоретической науки, и при этом ругают «теоретиков».

    Кому не нравятся теоретики — немедленно выбросьте в знак протеста телефон, компьютер и кучу других девайсов.
    Их полностью сделали теоретики.

  • Dmitry Pelegov

    В ближайшие планы как раз входит поразбираться в углероде в роли отрицательного электрода. Мимо графена пройти не смогу. Но результаты будут только зимой — а по сему не могу дать ссылку. А пока обхожусь без научно-популярных статей — в жанре приобщения людей к науке у меня как-то больше с аудиовизуальной продукцией складывается…

  • Sergy

    Вопросов нет, это Ваше личное мнение! Складывается впечатление, что Вы достаточно эрудированный человек, по крайней мере в данной области! Непонятно одно, к чему такие комментарии данной статьи? Я уверен, Вы лучше меня понимаете, что данная статья расчитана на среднестатистического потребителя, и преподнеси ее более «раскрыто» будет по меньшей мере ничего не понятно!

  • Педант

    Заинтересовал вопрос динамиков.
    Я конечно не физик, в научные тонкости не вдавался, но на бытовом уровне кое-что знаю. Например, вы видели когда-нибудь сабвуфер с динамиком диаметром 5 см? Я — нет. Потому что для определенной частоты нужен определенный диаметр излучателя.
    Этот вопрос в статье никак не разобран.
    Если же речь идет просто о громком звуке, но в ограниченном диапазоне частот, то такие решения малоинтересны.
    Если вдруг я ошибаюсь — поправьте, пожалуйста.

  • Евгений Терентьев

    вакуумные затычки-наушники имеют диаметр менее 5 мм — и передают весь частотный диапазон)))
    а концертную акустику в ноутбуке и так никто не обещал

  • Педант

    Спасибо, а то я не знал, что наушники вообще существуют.
    Там другая песня совсем.
    Концертная акустика в большинстве случаев как раз имеет посредственное качество звука, а весь упор на мощь.
    Еще «умные» мысли?

  • ilia gevara

    Если колебательный элемент будет более плотным, то для достижения нужной длины волны понадобиться меньшая частота колебаний. видимо в этом фишка.

  • wedjwjed

    wewej
    Любая электроника и бытовая техника за 30% от цены.
    Зеркальные фотоаппараты и видеокамеры Компьютеры, телефоны, ноутбуки за 30% от цены.
    Интересно? Подробности тут: vorlombard(точка)tk

  • V_Alex

    Играет роль также амплитуда хода мембраны

  • TheСанек

    Зуб даю, сразу начнут продавать активированный уголь, под видом графеновых таблеток, от всех хворей и увеличения кое-чего)

  • TheСанек

    Да ладно? Про активированный уголь не слышали?) Главное правильно подать старую тему)

  • TheСанек

    Уже лет десять каждую неделю на всех профильных сайтах кричат об открытии нового типа электроносителей для батареек, в в разы более емких, чем древний литий-ион. И в итоге даже мегакорпорации до сих пор ничего не сделали.

  • TheСанек

    Если разольется нефть — ты миллионер, чувак)

  • TheСанек
  • Жаль, что всё это уже долго находится на стадии статей о светлом будущем, и с места двигаться не собирается. А тем временем вышел смарт с батареей на 10000mAh 🙂

  • И потом с полученной воды можно заварить чаёк!

  • Кирито-кун

    ну если по справедливости — мобильный телефон как явление появился чуть более 40 лет назад, ничтожный срок если вспомнить историю автомобилестроения. Лет этак через 50 — мобильники (в т. ч. и их батарейки) дойдут до совершенства, а пока…

  • Alexey Kochetkov

    Логично. Нано и керамика уже в ассортименте. Даже я бы сказал, что мода на это проходит)))

  • Alexey Kochetkov

    Я в детстве, узнав свойства цемента, хотел из него делать мебель. Потом понял, что чушь несусветная. Потом узнал, что делают)))

  • Alexey Kochetkov

    Читайте Науку и жизнь, года так 1980. Премного удивитесь)))

  • Alexey Kochetkov

    Про многочлены ещё в советские времена писали. Целые таблицы были.

  • TheСанек

    У меня Наука и жизнь тока за 70-72 годы лежит. Но у тетки в деревне в детстве прочитал интересную заметку про будущее компьютеров — плоский, с большим экраном. И с одной кнопкой… Сейчас бы этот журнальчик оторвали бы с руками)

  • Чешир VII (Маргинал -Люмиавод)

    Максимум что сделали теоретики-указали направление.
    Все остальное дело рук тех кто способен сделать из мечты реальность

  • Alexey Kochetkov

    Техника молодёжи ещё изрядно доставлял семидесятых годов. Так и вижу, каким я должен был быть. В серебристом костюме, с антенной на голове, на ракете, лечу с дачи в Гренландию за рассадой помидорной… там же двухметровые помидорные кусты. И на каждом помидорки с арбуз. Эх…

  • TheСанек

    Это была перепечатка западной журнальной статьи, в которой опубликовали результаты древнего опроса среди молодежи, каким должен быть компьютер. Джобс упоминал, что вдохновлялся тем образом компьютера будущего. Планшетник Ньютон был первым прототипом. А потом Айпад. Опрос явно был еще в 70-х годах. А журнал конец 80-х.

  • anonymousses_v4

    «Потому что для определенной частоты нужен определенный диаметр излучателя.»

    Рекомендую вспомнить формулы, посчитать длину волны хотя бы для тех же «граничных» 20кГц (не говоря о таком ужасе, как 20Гц) и подумать, как эти цифры сочетаются с вашим утверждением.

  • Dmitriy Galkin

    Диалектика в действии.

  • Ушелец

    Нет, теоретики сделали всё, вплоть до рекомендаций по сборке.
    Практики без них работали бы лопатой до сих пор.

    Практики — это примитивные исполнители, которых в избытке.
    Любой теоретик может копать и крутить гайки.
    Но никакой практик не запустит человека в космос и не сделает телефон и компьютер.

  • Чешир VII (Маргинал -Люмиавод)

    Вам какие то неправильные теоретики попадались)) Я вот вспоминаю как мой научный руководитель (я как то по молодости хотел стать кандидатом-вовремя одумался)- спорил с другим таким же деятелем на правовые темы. Я перестал из понимать через пару минут)) Они все такие ТЕОРЕТИКИ… А потом выясняется что когда дело доходит до «практики» -(защиты в суде)- большинство теоретиков пасует перед обычными практикующими юристами))
    З.ы. Лучше когда есть и то и то. ))

  • Ушелец

    Я говорю о технике.
    Любого практика можно легко заменить.
    Но Эйнштейна заменить некем.

  • Чешир VII (Маргинал -Люмиавод)

    Теоретики -более широкое понятие))
    Да и технических науках-вспомни Шелдона-вряд ли он сумел бы что то интересное изготовить))

  • Ушелец

    Теоретик — тот, кто знает теорию.
    Работать лопатой сии знания не мешают.
    Но позволяют создать экскаватор.

  • Чешир VII (Маргинал -Люмиавод)

    Хороший практик знает теорию и то как ее применить на практике))
    Просто вы такого «практика» называете «теоретиком»))

  • Oldskool

    А мне вот интересно, какой силы ток будет для 100% зарядки аккумулятора 4800мАч за 15 минут? Ампер 20? Представляю себе зарядное устройство с кабелем в палец толщиной 🙂 Очень удобно, да.

  • 4esnokov

    китайцы сделают примерно в 2 раза толще провода обычного зарядника. но не в палец. будет слегка нагреваться.

  • 4esnokov

    есть такие системы. вопрос в материалах, весе и длине хода диффузора и потребляемой мощности. Для сравнения, 500 литровая система под 1 Вт и 1-литровая система под 200 ваттами. звук на выходе на расстоянии 1 метра будет одинаков, и ачх одинакова в психоакустическом смысле.

  • Ушелец

    Нет, я называю практиком того, кто не знает теорию.

  • Чешир VII (Маргинал -Люмиавод)

    Ваш «практик»- плохой. Мой-хороший.
    А теоретик это что то другое)

  • Botan PC

    Дмитрий это они от зависти и темноты беспробудной)) злятся, что им «нос утерли»))) Умники целлюлозные)

  • Toha

    в RC области уже набирают популярность li-po аккумуляторы с применением графена. У них намного выше токоотдача в сравнении с обычными липошками

  • wejdjwejd

    ============Дорогая электроника за треть от рыночной цены. Мобильные телефоны,
    Планшеты, Зеркальные фотоаппараты, Ноутбуки за 30-40% от цены.
    Исключительно новая техника, не Б/У.
    Информация на сайте: crime-shop(точка)tk

  • wedwejdwed

    —-
    Дорогая электроника за треть от рыночной цены. Зеркальные фотоаппараты, Планшеты, Мобильные телефоны, Ноутбуки за 30-40% от цены. Исключительно новая техника, не Б/У. Информация на сайте: crime-shop. tk(пробел убери)

  • romanlt

    Теоретически от зарядного устройства можно подавать напряжение не 5В, а 50В (это в пределах норм электробезопасности), что позволит уменьшить ток до приемлемых 2А. Однако где-то возле аккумулятора все равно надо напряжение преобразовать до чуть выше 3,7В, и даже если аккумуляторы соединить последовательно — все равно задачка нетривиальная и смущающая габаритами и тепловыделением.