• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
305
Графен против кремния: кто победит?
Химия

Графен против кремния: кто победит?

Десять лет назад была получена принципиально новая форма углерода – графен. Он существует в виде тончайших пленок, в десятки тысяч раз тоньше человеческого волоса. Графен обладает рядом уникальных свойств, например, по прочности химической связи он превосходит алмаз, по электропроводности сравним с металлами, но при этом намного легче их. Специалисты оценивают графен как перспективный материал для электроники и фотоники будущего

Участников Первой российской конференции «Графен: молекула и 2D-кристалл»*, состоявшейся 7—12 сентября 2015 г. в Новосибирском Академгородке, не нужно убеждать в огромной перспективности этого материала. Однако встречаются и оппоненты: специалисты, работающие в области «обычной», кремниевой электроники. Их доводы просты: «В кремниевую электронику вложены триллионы долларов, и она успешно работает! Кто же позволит заменить кремний на какой-то графен?».

* Конференция была организована совместными силами пяти организаций:
• Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
• Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН
• Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
• Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН
• Новосибирский государственный университет

Тем, кто рассуждает подобным образом, один из организаторов конференции профессор С. П. Губин (ИОНХ РАН, Москва) советует вспомнить историю транспорта. К началу XX в. было доведено практически до совершенства такое транспортное средство, как паровоз. Заводы во всем мире ежегодно выпускали сотни этих мощных, хорошо сконструированных машин, и даже когда на смену эпохе пара пришел век электричества, люди продолжали с недоверием относиться к езде «на электрическом токе». Но прошло совсем немного времени – и сейчас эти паровые «лошадки» можно встретить лишь в музеях.

Подобная ситуация сегодня сложилась в сфере электроники. Да, сегодняшняя электроника – это кремниевая электроника, но в научной литературе уже давно используется термин «посткремниевая» электроника, где в качестве перспективного материала выступают нитрид и арсенид галлия и другие соединения с интересными свойствами. Но, по мнению профессора Губина, наиболее подходящими для электроники будущего являются все-таки наноуглеродные материалы, в особенности графен и его производные.

Согласно прогнозам, мировая экономика сейчас стоит на пороге смены так называемого технического уклада, под которым подразумевается вся совокупность технологий, характерных для определенного уровня развития производства. Новый, 6-ой технический уклад будет базироваться на робототехнике, информационных и био- (в том числе нейро-) технологиях. Все эти технологии подразумевают разработку искусственного интеллекта, и самое естественное решение этой задачи – создать симбиоз «человеческий мозг + компьютер». Для этого интерфейсный электронный чип требуется вживлять непосредственно в мозговую ткань, но при этом возникает довольно острая проблема, связанная с самой имплантацией.

В этом смысле созданные на сегодня многочисленные кремниевые чипы имеют существенные недостатки. Во-первых, сам процесс введения его в человеческий организм весьма болезненный; во-вторых, как любой инородный предмет, он очень быстро отторгается. И вот здесь на сцену выходит графен: в отличие от кремния, этот материал легко можно модифицировать: например, покрыть чешуйку графена биосовместимыми веществами-лигандами (например, аминокислотами). Конечно, электрофизические и другие свойства графена при этом могут измениться, однако этот процесс можно контролировать, заменяя одну молекулу лиганда на другую. И такая химическая модификация графена уже не фантазия, а реальность.

Но одними биотехнологиями применение графеновых материалов не ограничивается. Так, перспективным направлением в физике и электрохимии является разработка конденсаторов и аккумуляторов с графеновыми и композитными электродами. В этом случае использование графена позволяет многократно увеличить зарядовую и энергетическую емкость устройств хранения электрической энергии.

Все эти примеры свидетельствуют, что уже в течение ближайших лет эта удивительная модификация углерода займет одно из первых мест среди инновационных материалов для техники и технологий. 

По: «Графен – благая весть для науки и техники 21-го века» (С.П. Губин, доклад 11 сентября 2015 г. на Первой российской конференции «Графен: молекула и 2D-кристалл», Новосибирск)

Подготовил Сергей Прокопьев

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!

comments powered by HyperComments