Графен высокотехнологичный компонент

Есть причины предполагать, что к недалекому 2020 году графен будет главным материалом для изготовления таких высокотехнологичных компонентов, как: процессоры, ячейки флеш-памяти, аккумуляторы, солнечные батареи, сенсорные и гибкие дисплеи. В статье ознакомимся с характеристиками материала, перспективами и уже существующими разработками на базе графена.

Если взять графит (карандашный грифель) и отделить от него слой толщиной в 1 атом, получим графен. Графен материал прозрачный, эластичный и в то же время твердый. Он имеет очень высокую электропроводность – в 100 раз быстрее, чем кремень. Поэтому есть причины предполагать, что со временем в области производства многих высокотехнологических компонентов графен будет материалом номер один.

Графен изобрели всего 9 лет назад Константин Новоселов и Андрей Гейм. Открытие оказалось столь многообещающим, что 2010 года в Англии они получили по этому поводу Нобелевскую премию по физике. Евросоюз уже готов инвестировать в изучение этого материла как минимум 1 миллиард евро. Такие ІТ-компании как Nokia и Samsung также начали присматриваться к чудо-материалу – научные сотрудники компаний активно включились в процесс его исследования.

В скором времени графен будет использоваться в изготовлении многих компьютерных компонентов. Скорость передачи данных повысится не в десятки, а в сотни раз. Сегодня изготовители не могут позволить себе массовое использование графена, так как он пока-что очень дорого стоит. К слову, его уже можно приобрести. Небольшая пластина стоит 250 $.

Свойства графена

Во-первых, электроны перемещаются с очень высокой скоростью и почти без сопротивления. Причина кроется в крайне малом пересечении энергетической и валентной зон у электронов.

Во-вторых, благодаря специфичной структуре атомов графен обладает такой же прочностью, как и алмаз.

В-третьих, сетчатая структура решетки позволяет растягивать его на 20 процентов.

Что это все значит на практике? Ожидания столь реалистичные и в то же время велики, что появление графена на горизонте взбудоражило умы всех специалистов в ІТ-индустрии. Будет возможно появление компьютерных процессоров, тактовая частота которых будет измеряться в сотнях гигагерц. При этом транзисторы почти не будут нагреваться. К слову, в2010 году компания IBM уже успела разработать транзистор, который переключается с частотой 100 ГГц.

Наиболее доступны для освоения в это связи технологии связанные с дисплеями, наушниками, аккумуляторами и солнечными батареями. Планируется разработка аккумуляторов на базе графена, которые будут заряжаться за несколько секунд.

В чем загвоздка?

Пока что все упирается в цену материала. Которая, в свою очередь, зависит от особенностей производства. Есть три перспективных способа произвести этот графен:

1. Эксфолиация – расщепление графита в хлопья размером 1 мм. Конечно, этого не будет достаточно для массового производства и использования, но для научных целей вполне хватит;

2. Графитизация при высоких температурах. Для этого процесса используется карбид кремний. Температура 1500–2000 °C расщепляет карбид кремния. Поскольку кремний более летучий материал, он удаляется из верхних слоев, оставляя при этом сам графен;

3. Химическое осаждение из газовой фазы (СVD, Chemical Vapour Deposition) – самая перспективная на сегодня технология. Графен образуется в результате нагревания на медной поверхности углеродосодержащего газа при температуре 900 °С.

Сфера применения

Исследования, проведенные в Политехнической институте Ренсселера в Нью-Йорке, показали обнадеживающие результаты:аккумулятор емкостью 2500 мАч можно зарядить за 90 секунд.

Мы уже упомянули, что самая перспективная сфера применения графена, - это использования в транзисторах. Не только процессор базируется на работе транзисторов, но и флеш-память, то есть обычные флешки и новоявленные SSD накопители.В сфере быстродействия и энергопотребления ячеей флеш-памяти также планируются серьезные изменения. В Швейцарии ученые Высшей технической школы Лозанны уже создали первую графеновую ячейку флеш-памяти.

Специалисты видят следующую картину развития данной технологии: к 2015 году графен будет активно использоваться в с изготовлении сенсорных дисплеев и гибких экранов на основе электронных чернил. К 2016 году планируется выход в массы гибких OLED-дисплеев. 2020 год ознаменуется появлением высокочастотных транзисторов. Долгожданные процессоры с тактовой частоты до 100 ГГц можно будет приобрести в 2025–2030 году. К 2030 году буду разработаны терагерцевые детекторы и генераторы магнитных волн.