Графен — тончайший и одновременно самый прочный материал, известный человечеству, — был открыт не с помощью многомиллионных установок, а благодаря обычному карандашу и канцелярскому скотчу. В этом выпуске автор канала Veritasium рассказывает, как простая любознательность и «метод Макгайвера» привели ученых к Нобелевской премии и открыли эру нанотехнологий.
🔬 Мир нанометров и «метод Макгайвера» 0:00
Представьте, что вы заперты в комнате и не сможете выйти, пока не создадите самый тонкий материал в мире, который при этом будет прочнее стали, лучшим проводником тепла и обладать электропроводностью меди. Звучит безнадежно, если не знать основ нанотехнологий. Нанотехнологии работают с объектами размером менее 100 нанометров.
Чтобы осознать масштаб, стоит помнить:
- Один нанометр — это одна миллиардная часть метра.
- Это примерно размер цепочки из 10 атомов.
Для создания такого материала авторы предлагают пробудить в себе «внутреннего Макгайвера». Вам понадобятся всего три вещи: карандаш, скотч и немного усердия. В карандаше используется не свинец, а графит, который состоит из слоев углерода, организованных в гексагональную (шестиугольную) решетку. Когда мы пишем, слои графита просто соскальзывают с кончика карандаша и прилипают к бумаге. Обычно это целые «стопки» слоев, но иногда среди них попадается один-единственный слой атомов углерода — это и есть графен.
💡 Открытие на кончике скотча 1:32
В 2004 году физики Андрей Гейм и Константин Новосёлов смогли целенаправленно получить графен, используя только графитовую чешуйку и липкую ленту. Процесс выглядел удивительно просто:
- Они поместили кусочек графита на скотч.
- Сложили ленту вдвое, приклеив её к чешуйке.
- Разъединили ленту, тем самым расщепив графит пополам.
- Повторили процедуру многократно, пока не получили тончайшие фрагменты.
К их изумлению, некоторые фрагменты оказались толщиной всего в один атом. Это открытие стало настоящей сенсацией, так как в научном сообществе того времени считалось, что одиночный слой графита не может быть химически стабильным, особенно при комнатной температуре.
⚡️ Физика за пределами возможного 1:58
Графен обладает уникальными физическими свойствами. По данным Veritasium, электроны в нём перемещаются быстрее, чем в любом другом веществе при комнатной температуре. Это возможно благодаря невероятному качеству кристаллической решетки: ученым до сих пор не удалось найти в ней ни одного смещенного атома.
Поскольку электроны не сталкиваются с дефектами решетки, они движутся настолько быстро, что для описания их поведения приходится использовать теорию относительности Эйнштейна. Особенности строения графена включают:
- Прочность и гибкость: Связи между атомами углерода очень сильные, но при этом гибкие.
- Твердость: Материал можно сгибать, но по твердости он превосходит алмаз.
Чтобы наглядно продемонстрировать прочность графена, автор приводит впечатляющую аналогию: если бы вы смогли поставить слона на карандаш, а сам карандаш — на лист графена, материал бы не порвался (хотя карандаш, скорее всего, сломается).
🏆 Нобелевское признание и будущее технологий 2:55
За свое открытие Андрей Гейм и Константин Новосёлов были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году. Однако получение премии — это лишь начало пути графена.
Сегодня ученые по всему миру работают над использованием его уникальных свойств для создания технологий будущего:
- Тонкие, прозрачные и гибкие сенсорные экраны.
- Меньшие по размеру, более быстрые и энергоэффективные компьютеры.
- Сверхпрочные композитные материалы.
- Высокоэффективные солнечные элементы.
Графен — это лишь один аспект мира нанотехнологий. Пример этого материала доказывает: чтобы мыслить масштабно, нужно сначала научиться замечать самое малое.
