Что такое графен
Графен — двумерная аллотропная форма углерода: один слой атомов, расположенных в гексагональной решётке (как соты). Графит (карандашный грифель) состоит из миллионов слоёв графена, удерживаемых слабыми ван-дер-ваальсовыми силами. В 2004 году Андрей Гейм и Константин Новосёлов (Манчестерский университет, выпускники МФТИ) получили чистый графен, отщепляя слои скотчем от куска графита.
Рекордные свойства: прочность на разрыв 130 ГПа (сталь: 0,4 ГПа), подвижность электронов 200 000 см²/В·с (кремний: 1 400), теплопроводность 5 000 Вт/м·К (медь: 400). Удельная поверхность: 2 630 м²/г — 1 г графена можно растянуть на покрытие теннисного корта.
Реальные применения (уже работают)
- Теннисные ракетки и велосипеды. Head и Vittoria добавляют графеновые нанопластинки в композит. Результат: на 20% легче при той же прочности. Это не «чистый графен», а графеновые добавки
- Краски и покрытия. Антикоррозийные покрытия с графеном (Applied Graphene Materials) защищают металл в 10 раз дольше обычных
- Фильтры для воды. Мембраны из оксида графена пропускают воду, но задерживают соли и бактерии. Потенциально: опреснение морской воды на порядок дешевле обратного осмоса. Пока в стадии пилотных проектов
- Датчики. Графеновые биосенсоры для определения COVID-19 (Caltech, 2021): результат за 1 минуту vs 15 минут для ПЦР
Почему нет в массовых продуктах
Проблема масштабирования. Получить идеальный лист графена в лаборатории (CVD-метод) можно за $100-1 000/г. Для смартфонного экрана нужен лист 15×7 см без единого дефекта — это пока невозможно в промышленных объёмах. Кремний для микросхем научились выращивать за 60 лет; графену — 20 лет, и технология значительно сложнее.
Графеновые аккумуляторы. Самый ожидаемый продукт. Samsung анонсировал «графеновую батарею» ещё в 2017 году. В реальности: графен используется как добавка к литий-ионным батареям (увеличивает скорость заряда на 30-40%), но полностью графеновых батарей не существует.
Конкуренция. Для каждого обещанного применения графена существует более дешёвая альтернатива: ITO (оксид индия-олова) для прозрачных электродов, углеродные нанотрубки для композитов, кремний для электроники.
О других технологиях будущего читайте в статье о квантовых компьютерах. О спутниковом интернете — в материале о Starlink.
