3D-графен

08.02.2014

Сюебин Ван (Xuebin Wang) и Йошио Бандо (Yoshio Bando) из Японского Международного центра наноархитектоники материалов (WPI-MANA) совместно с коллегами из Японии и Китая создали новый метод получения 3D-графена с использованием пузырьков, надуваемых в растворе полимера глюкозы. Полученный 3D-графен обладает устойчивостью и отличной проводимостью.

Пластинки графена - очень прочные, легкие и имею отличную проводимость. Теоретически макроскопические объемные графеновые сборки должны сохранять свойства наноразмерных графеновых чешуек. Однако в недавних попытках создания 3D-графена была получена слабая проводимость, вызванная плохим контактом между пластинками графена. Также проблемой была потеря прочности, а самоподдерживаемый 3D-графен все еще не был создан.

Вдохновленный древним кулинарным искусством "надутого сахара", Бандо и его команда доказали, что сжатая, когерентная природа соединившихся пузырьков окажет влияние на прочность и проводимость, если графен можно будет структурировать таким же способом. Ученые создали сироп из обычного сахара и хлорида аммония. Они нагревали сироп, получая полимер на основе глюкозы, называемый меланоидин, который затем надувался в пузыри с помощью газов, освобождаемым аммонием. Команда обнаружила, что наилучшее качество конечного продукта получается при балансе на этой стадии разложения аммония и полимеризации глюкозы.

По мере роста пузырьков оставшийся сироп стекает со стенок пузырьков, уходя из пересечений трех пузырьков. При дальнейшем нагревании, раскислении и дегидрировании меланоидин постепенно графитизируется, чтобы образовать "сжатый графен" - когерентную 3D-структуру, состоящую из графеновых оболочек, связанных структурой сжатого графена, который, соответственно, образуется из первоначальных стенок пузырьков и каркаса пересечений.

Пузырьковая структура обеспечивает свободное движение электронов через сеть, что означает, что графен полностью сохраняет проводимость. Кроме того, механическая прочность и упругость 3D-графена оказались исключительно высокими - команде удалось сжать его до 80% от его начального размера при очень малых потерях проводящих свойств или стабильности.

Развивая свое открытие, Бандо и его команда в своей лаборатории устойчиво получали сжатый 3D-графен граммовых объемов стоимостью 0,5 долл./грамм. Обладая низкой стоимостью и высокой масштабируемостью, новый метод может найти множество применений в технике и электронике. Полученный в большом количестве продукт был выборочно применен в высокоэффективном суперконденсаторе. Его максимальная плотность энергии стала наибольшей среди графеновых 3D-водных суперконденсаторов - 106 Вт/кг. Это открывает невероятные перспективы для быстрого развития электрического транспорта и авиации.

<< Назад: Электронный аналог кошачьих усов 08.02.2014

>> Вперед: 3-симочный смартфон Explay Atom 07.02.2014

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Восприятие музыки зависит от цвета концертного зала 03.03.2026

Восприятие живой музыки традиционно связывают с слухом, однако на впечатления от концерта влияют и другие факторы, включая визуальное оформление и освещение. Вопрос о том, может ли цвет интерьера напрямую изменять то, как мы слышим звук, долго оставался открытым. Недавнее исследование ученых из Технического университета Берлина проливает свет на эту связь и демонстрирует, что визуальная среда способна влиять на субъективное восприятие музыки. Чтобы изучить эффект цвета, исследователи предложили участникам прослушать записи концерта в виртуальных залах, оформленных в красные, зеленые и синие оттенки. Цвета варьировались по яркости и насыщенности, что дало 12 различных вариантов оформления. Поскольку построить физические залы с таким разнообразием цветов было невозможно, использовалась технология виртуальной реальности. Звук воспроизводился через наушники с бинауральной технологией, адаптирующей звучание к движениям головы, что создавало ощущение реального присутствия в зале. Участ ...>>

Chrysalis: концепт межзвездного корабля для 400-летнего путешествия 03.03.2026

Межзвездные полеты остаются одной из самых амбициозных целей человечества. Международный научный проект Chrysalis предложил концепцию космического корабля, способного совершить 400-летнее путешествие с экипажем из 2400 человек. Победивший в конкурсе 2025 года дизайн демонстрирует не только инженерные решения, но и социальную архитектуру, рассчитанную на 16 поколений людей, живущих на борту. В основе концепции лежит вращательная конструкция длиной 58 километров. Такая масштабная система должна создать искусственную гравитацию, достаточную для нормального функционирования организма, без вызывающей дезориентацию центробежной нагрузки. Для стабилизации конструкции проект предусматривает несколько цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях, что минимизирует колебания и вибрации. Сборка корабля планируется в точках Лагранжа - участках космоса, где можно минимизировать расход топлива. Движение корабля предполагается обеспечить прямым термоядерным двигателем на гелии-3 и дейте ...>>

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Внешний накопитель Western Digital My Book Duo на 44 ТБ 18.02.2023 Western Digital представила внешнее хранилище на жестких дисках емкостью 44 ТБ. Модель My Book Duo подключается с помощью USB Type-C с поддержкой USB 3.2 Gen 1 и позволяет создавать массивы RAID-0 и RAID-1 Устройство стоит примерно столько же, сколько видеокарта NVIDIA RTX 4090 - $1499,99. Ранее продавался двухдисковый My Book Duo с объемом памяти от 16 ТБ до 36 ТБ. Новая модель включает два HDD по 22 ТБ. В ассортименте Western Digital также появилось хранилище My Book с одним накопителем емкостью 22 ТБ - по словам производителя, это самая большая емкость потребительского жесткого диска на сегодняшний день. Впрочем, WD начала продажи сетевых накопителей на 22 ТБ еще прошлым летом в виде отдельных жестких дисков. My Book Duo емкостью 44 ТБ передает данные со скоростью до 5 Гбит/с. "Из коробки" поддерживается 256-битное аппаратное шифрование AES и защита паролем. My Book с одним накопителем на 22 ТБ стоит $599 - примерно на 100 долларов больше, чем внутренний жесткий диск на 22 ТБ, который продает Western Digital. My Book Duo на 44 ТБ стоит $149. Они доступны для покупки и работают с Windows 10 и Windows 11, а также с macOS 11 и более поздними версиями (через драйвер NTFS), позволяя пользователям переключаться между операционными системами Microsoft и Apple без необходимости переформатирования. Внешние жесткие диски могут быть намного медленнее, чем их твердотельные аналоги, но они компенсируют это емкостью и ценой. Наибольший внешний твердотельный накопитель WD достигает 32 ТБ и стоит $7500, хотя эта модель предназначена для профессиональных пользователей. Одна из причин, по которой стоит купить внешний жесткий диск емкостью 44 ТБ, связана с недавним исследовательским отчетом о частоте отказов жестких дисков. Было обнаружено, что жесткие диски меньшей емкости более подвержены отказам по мере старения.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026