29.10.2010

Графен - гибкие экраны и лекарство от рака

Еще недавно мы искренне радовались чудо-ящику по имени компьютер, который настолько упростил нам жизнь, что теперь без него практически не обойтись. Даже его габариты не смущали! Но на смену «гигантизму» пришла «эра компактности»: здоровенный компьютер теперь запросто умещается на ладони, собственно, как и его аудио- и видеобратья. Но близок день, когда дисплей и вовсе превратится в тоненький гибкий листик. Это станет возможным благодаря новому уникальнейшему материалу — графену. Причем он сможет не только «минимизировать» нашу жизнь, но и сделать ее безболезненной.

Признание и отречение

Материал с чудесными свойствами, за исследование которого физики российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов удостоились Нобелевской премии, на сегодняшний день — самый тонкий в мире. Его толщина — всего лишь один атом!

Однако графен произвел революцию не только в научном мире, но и в интеллектуальном. На ученых-физиков Гейма и Новоселова посыпались обвинения со стороны их земляка — российского изобретателя так называемых чудо-фильтров Виктора Петрика. Он берется доказать, что те украли у него Нобелевскую премию! Петрик заявляет, что хоть и под другим названием, но именно он намного раньше изобрел этот чудо-материал, а молодые ученые варварски воспользовались его достижениями.

— Эта история — лишь тема для желтой прессы, она даже обсуждения недостойна в научных кругах. А вот что действительно могло стать причиной скандала, так это позиция Гейма: когда россияне попытались использовать получение ученым Нобелевской премии и пригласили его для участия в инновационном фонде «Сколково», физик ответил, что является подданным Голландии и никакого отношения к России не имеет. А о том, чтобы вернуться на родину, даже не помышляет, — поясняет Максим Стриха, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики полупроводников НАНУ, профессор Национального университета им. Т. Шевченко.

Гейм и Новоселов покинули страну уже давно (20 лет назад) и теперь трудятся на благо Манчестерского центра междисциплинарных исследований и нанотехнологий. И, естественно, все их научные достижения — далеко не заслуга России.

Волшебный «карандаш»

Так что же это за такой чудесный графен, который наделал столько шума в ученом мире? Откуда он взялся? Оказывается, с ним давно знаком каждый из нас: используемый в карандашах графит есть не что иное, как множество слоев того самого графена (от греческого слова «писать»). Ученые в лабораторных условиях получили его самый тонкий слой, который по прочности не уступает алмазу. Кстати, как и алмаз, графен — это чистый углерод. Другой отличительной особенностью этого материала является потрясающая гибкость: материал можно сгибать, складывать и даже сворачивать в рулон!

Выходец из России с голландским гражданством Андрей Гейм (сейчас — директор нанотехнологического центра в британском Манчестере) стал первым человеком в мире, получившим и Нобелевскую, и Шнобелевскую премии. Этому ученому и его коллеге, сэру Майклу Бери, в 2000 г. присудили «шнобелевку» по физике — за использование магнитов для того, чтобы заставить лягушку летать. А 36-летний Константин Новоселов, который, кстати, имеет и российское, и британское гражданство, стал самым молодым нобелевским лауреатом по физике за последние 70 лет!

Особую заинтересованность в чудесном графене проявил Пентагон и уже выделил $44 млн армейской исследовательской лаборатории и университету на разработку гнущихся дисплеев. «Цель, которую необходимо достичь, — это обеспечение безопасности для солдат в различных ситуациях, — сказал завлабораторией Дэвид Мортон. — Гибкие дисплеи смогут поставлять информацию солдатам новым способом, причем будут потреблять в 100 раз меньше энергии».

— Работы по физике тонких слоев графита еще в конце 1980-х выполнил украинский ученый Владимир Литовченко с сотрудниками. Они относятся к «предыстории» графена.

Сам же материал смогли впервые получить в Великобритании в 2004 году Гейм и Новоселов. Но над этим работали и в Украине. Среди наших ученых даже есть несколько тех, кто имеет общие публикации с Геймом — это профессор Гусынин, доктор Шарапов из Института теоретической физики и выпускник Киевского университета Кравец, — рассказывает Максим Стриха. — Очень авторитетную позицию занимает и наш ученый Федор Васько, полтора десятка работ которого посвящены графену. И, конечно же, ваш покорный слуга — Максим Стриха.

Максим Витальевич также рассказал, что первые работы именно украинских ученых, связанных с графеном, появились в 2006 г. Сейчас у нас в стране над его исследованием успешно трудится несколько теоретических групп.

— Ведь экспериментальные работы по этому материалу требуют очень дорогого оборудования. Стоимость первых полученных образцов была астрономической, поэтому для нас это было трудно доступным. Сейчас цена уже значительно снизилась, и изучать графен стало легче, — ведет свой рассказ ученый. — Мы уже можем гордиться тем, что образцы графена смогли получить и в Институте физики полупроводников.

На основе этого уникального материала уже созданы эффективные газовые сенсоры, которые «чувствуют» присутствие одной-единственной молекулы определенного газа, биосенсоры для клеток и молекул ДНК, светодиоды, ионисторы (конденсаторы большой емкости), способные перезаряжаться более ста раз в секунду.

— Уже есть свежие работы о лечении рака при помощи графена. Если ввести его в тело (пока что опыты проводятся на мышах), то, как оказалось, он может задерживаться в опухоли. И если ее обработать лазером, то опухоль буквально сгорит, а соседние живые ткани останутся невредимыми! — поведал Максим Стриха. — Эти исследования сейчас проводят в Китае. В Украине, как всегда, нет средств.

В арсенале доктора физико-математических наук Максима Стрихи два научных труда, посвященных графену.

Научный бюджет США, например, сегодня составляет порядка $350 млрд в год, Великобритании, где работают нынешние нобелевские лауреаты, — свыше 40 млрд, России — около 20 млрд, а Украины — значительно меньше миллиарда! У нас есть блестящие ученые, но нет финансов. Так что проводить дорогостоящие эксперименты не за что. За последние годы кое-что из оборудования удалось закупить, но этого недостаточно.

Гибкие экраны

Если в медицине применение графена пока еще находится на экспериментальном этапе, то в технической отрасли — уже на практическом. Новый материал, несмотря на «хрупкость», проявил более высокую, чем у стали, механическую жесткость и удивительную устойчивость к нагреванию. А самое главное, электроны в нем обеспечивают графену очень высокую проводимость (на порядки выше, чем у кремния — основного материала современной электроники). Следовательно, приборы на основе графена могут оказаться «более быстрыми». Это особенно важно, поскольку транзисторы на основе кремния сегодня почти «исчерпали» свой резерв быстродействия.

Эти удивительные свойства графена позволили создать новые прочные и эластичные материалы. Можно ожидать, что в ближайшем будущем в наш обиход войдут устройства с гибкими и ультратонкими дисплеями. Только представьте себе: экран станет таким тонким, что его можно будет скрутить в рулон и носить в кармане!

Первые прототипы ультратонких экранов уже продемонстрировали такие мировые компании, как LG, Philips, Fujitsu и Sony, которая в мае этого года удивила мир гибким цветным дисплеем. По словам разработчиков новинки, дисплей можно буквально обмотать вокруг карандаша. Теперь остается ждать, когда начнется массовое производство гибких экранов.

Источники:

1. obozrevatel.com