Представьте себе углеродную пластину толщиной всего в один атом, но более прочную, чем алмаз, и пропускающую электричество в 100 раз лучше, чем кремний компьютерных чипов.
Графен (graphene) — новейший материал с потрясающими свойствами — скоро покинет стены научных лабораторий. Уже сейчас физики, химики и инженеры-электронщики много говорят о его уникальных возможностях.
— Графен — самый тонкий и самый прочный материал во вселенной, — заявил 19 июня английский физик Андре Гейм (Andre Geim) из Университета Манчестера со страниц журнала «Наука» (Science).
— Количества материала весом всего несколько граммов достаточно для того, чтобы покрыть футбольное поле, — сообщил в своем электронном письме Род Руофф (Rod Ruoff), который изучает свойства графена в Университете Остина, штат Техас. Как и алмаз, графен представляет собой чистый углерод. Молекула графена состоит из шести атомов, соединенных в структуру, которая под электронным микроскопом похожа на ячейку сот или ячейку сетки-рабицы, имеющую шесть сторон. Другой отличительной особенностью этого материала является потрясающая гибкость — материал можно сгибать, складывать, сворачивать в рулон.
Графит, используемый в карандашах, есть ни что иное, как множество слоев графена. Хотя каждый из слоев прочный, связи между ними слабые, так что слои легко распадаются, оставляя след, когда вы пишите карандашом.
Возможные сферы использования графена — сенсорные экраны, солнечные батареи, накопители энергии, сотовые телефоны, и, наконец, — супербыстрые компьютерные чипы. Сейчас компьютерные чипы в основном производятся из кремния, и по признанию Гейма, открывшего способ производства графена 5 лет назад, до того момента, когда графен вытеснит кремний как материал для производства компьютерных чипов, должно пройти ещё очень много времени.
— В ближней и среднесрочной перспективе, графену будет сложно занять место кремния как основного материала для производства компьютерной «начинки», — говорит Томас Палациос (Tomas Palacios), исследователь графена из Массачусетского Технологического института. — Производства кремния — это индустрия с 40-летней историей, стоимость производства кремния в мире оценивается в миллиарды долларов.
Сейчас над решением сложных проблем, связанных с производством самого графена и изделий из него, трудятся государственные лаборатории и университеты, мега-гиганты — такие, как IBM — и предприятия малого бизнеса.
Руофф основал в Остине компанию, названную «Графеновая энергия» (Graphene Energy), которая занимается поиском путей сохранения возобновляемой энергии, вырабатываемой солнечными батареями или другими альтернативными источниками. Новым высокотехнологичным материалом заинтересовался даже Пентагон. Агентство передовых оборонных исследовательских проектов (Defense Advanced Research Projects Agency) занимается исследованиями, направленными на создание компьютерных чипов и транзисторов на основе графена, общая стоимость исследования составляет 22 миллиона долларов.
На последнем ежегодном заседании Американского физического Общества — организации, объединяющей лучших физиков страны, — проходившего в апреле этого года в Питсбурге, графен стал главной темой для обсуждения. Ученые провели 23 заседания, высказывая мнения и взгляды в отношении нового материала. Только в течение 2008 года в различных источниках было опубликовано 1 500 научных работ, посвященных графену.
До прошлого года единственным известным науке способом производства графена было нанесение на клейкую ленту тончайшего слоя графита с последующим удалением основы. Эта техника получила название «техники скотча». Однако недавно ученые обнаружили, что существует более эффективный способ получения нового материала: в качестве основы они стали использовать слой меди, никеля или кремния, который затем удаляется вытравливанием.
— За последние 2 или 3 месяца нам удалось добиться огромного прогресса, — сообщил Гейм в своей статье для журнала «Наука». — Проблемы, которые ещё пару лет назад казались совершенно непреодолимыми, как оказалось, разрешаются легко и быстро.
— Я уверен в широких перспективах коммерческого использования графена, — говорит Руофф. — Скоро в продаже появятся гибридные устройства — хотя для их производства по-прежнему будет использоваться кремний, центральные детали в ряде случаев можно будет изготоваливать из графена.