Графен – это слои углерода, толщиной в один атом, которые плотно упакованы в двухмерную решетку, по форме напоминающую пчелиные соты
livescience.com

Графен –  уникальный и непревзойденный (в буквальном смысле этих слов) по некоторым свойствам материал

Графен совершил революцию в материаловедении, открыл несколько новых направлений в физике и может изменить нашу жизнь, считает Леонид Пономаренко.

По сути, это один атомарный слой графита (того самого, который известен всем по обычным карандашам). Это самый тонкий из известных (в 100 000 раз тоньше волоса) и самый прочный (в 200 раз прочнее стали) материал.

Это кристалл, который можно растянуть на 20%, прежде чем он порвется. Графен является лучшим проводником электричества и в нем самая высокая подвижность электронов при комнатной температуре, что в свою очередь может быть интересно для производителей электроники. Кроме того, это прозрачный, гибкий и химически инертный материал.

Уникальные свойства графена открывают огромное поле для применения его в нашей жизни – в сенсорах, электронике, в композитных материалах, и это далеко не полный список.

Графен – первый открытый 2D-кристалл

У материала слабые связи между слоями, которые легко рвутся (кстати, именно поэтому графит можно использовать как карандаш). С теоретической точки зрения его существование считалось невозможным. Согласно теореме, при температуре выше абсолютного нуля не может существовать ни один бесконечный двухмерный кристалл. Но открытие графена ее опровергло. Это не единственный двухмерный материал сейчас, класс насчитывает более 30, но начиналось все именно с графена.

Графен – самый тонкий из известных (в 100 000 раз тоньше волоса) и самый прочный (в 200 раз прочнее стали) материал
livescience.com

За изучением графена внимательно следит не только научное сообщество, но и инженеры, так как этот материал – перспективный кандидат на замену кремния в интегральных схемах.

Проблема в том, что возможности кремния в данный момент практически достигли максимума, и производители больше не могут, в соответствии с законом Мура, уменьшать микросхемы и увеличивать производительность. Есть мнение, что графен позволит сделать прорыв, но для начала нужно научиться делать из графена транзисторы – быстро, качественно и недорого. Но это еще вопрос будущего.

Сейчас транзисторы делаются из полупроводников, но графен – не полупроводник, по свойствам он ближе к металлам. Его нельзя "выключить", он всегда проводит ток. Тем не менее, эксперименты ученых показали, что графен может менять ток так, чтобы его можно было использовать в роли транзистора. Но в данный момент ученый не уверен в перспективах графена как транзистора – сможет он побить кремниевые технологии или нет. Но его открытие вызвало большой интерес к вопросу.

Графен интересен сам по себе, но еще более интересны и перспективны соединения графена с другими материалами, в том числе двухмерными, когда материалы накладываются друг на друга как кубики лего. В таких случаях можно получить совсем новый материал с другими свойствами, и это очень перспективное направление для разработок. Именно им сейчас и занимается Леонид Пономаренко.

Есть разные способы производства графена и они влияют на чистоту материала. Чистый графен (его используют ученые) сложно получить, и это одна из серьезных преград на пути к массовому применению. Его можно "добыть" при помощи обычного скотча, просто приклеив липкой стороной к графиту. Но это будет "грязный" материал, который не так интересен ученым.

Графен коммерчески доступен, но цена зависит от качества. Графен высокого качества является одним из самых дорогих материалов в мире. Кусочек размерами 20х20 микрометров толщиной один атом может стоить несколько сотен фунтов. Чем "грязнее" материал, тем ниже цена и больше предложений. И безусловно, цена на него будет падать.

В мире есть программы, направленные на то, чтобы, образно говоря, перенести графен из лабораторий на производство. Например, Еврокомиссия выделила 1 млрд евро на проект Graphene Flagship. Он рассчитан на 10 лет и объединяет десятки научных учреждений и промышленных групп. Одно из направлений программы – это непосредственно производство графена.

Также Леонид Пономаренко выдвинул предположение, что если материал будет использоваться массово, то его будут делать не из графита.

Леонид Пономаренко - ученый украинского происхождения, последние 12 лет принимает участие в изучении графена
"Украинская правда"

Первые коммерческие продукты из графена уже существуют. Например, из графена низкого качества делают чернила, которые просто заливаются в 3D-принтер, и можно печатать простые электрические цепи и микросхемы без активных элементов. В целом, коммерческих продуктов из графена пока очень мало. С одной стороны, это связано с тем, что материал изучается всего 13 лет. С другой – со сложностью и дороговизной его получения.

Несмотря на то, что уникальных свойств у графена много, иногда ему приписывают те, которыми он не обладает. Причины две. Первая – не всем результатам исследований можно верить, в том числе даже в серьезных научных изданиях иногда публикуются сомнительные эксперименты. Леонид Пономаренко приводит в пример исследования антибактерицидных свойств оксида графена (на самом деле материал не оксид, а просто так называется, хотя к сути вопроса это отношения не имеет), которые были опубликованы в серьезном научном издании. Результаты статьи проверяли, в том числе в манчестерском Национальном институте графена, где работает Пономаренко. Но доказать эти свойства в результате повторного эксперимента не удалось. Это не единичный случай.

Вторая – искажение информации в СМИ. Часто случается так, что ученые в интервью для журналистов информацию упрощают, что в дальнейшем приводит к искажению фактов. Например, СМИ охотно подхватили идею о том, что ученые открыли новую, трехмерную форму графена, которая прочнее бриллианта, когда на самом деле речь шла только о теоретических расчетах.

Нина Глущенко