Графен — материал будущего

Гонка на плоскости

Ежегодный рост продаж графеновых компонентов и продуктов на их основе на сегодня составляет около 37% в год.

Впрочем, мировой рынок графена пока очень невелик и оценивается в 150 млн долларов. Но уже к 2030 году объем реализации продуктов на основе графена может достигнуть 800 млрд долларов — мир на старте графеновой волны.

Разработки на основе графена пользуются господдержкой во многих развитых странах. В Евросоюзе, например, запущен проект Graphene Flagship: вложения в 2014–2020 годах оцениваются в миллиард евро. Вряд ли в истории поддержки науки ЕС можно найти другой столь же крупный проект, направленный на внедрение в практику относительно недавнего научного открытия.

Среди стран-лидеров, активно работающих с графеновой тематикой, помимо США ЕС — Австралия, Бразилия, Израиль, Индия, ЮАР, Япония.

Китай — впереди планеты всей

А безусловным лидером в исследованиях графена является Китай, которому принадлежит более половины мировых публикаций и заявок на патенты. В 2013 году в Китае создали Инновационный альянс графеновой промышленности, кроме того, руководство страны сделало индустрию новых материалов на основе графена одним из приоритетов своей 13-й пятилетки (2016–2020).

Русское поле

К сожалению, как это уже не раз случалось в истории развития перспективных направлений науки и техники, открытия, сделанные российскими учеными, были активно подхвачены зарубежными специалистами, а нашей стране приходилось выступать в роли догоняющих.

По числу исследований графена Россия сегодня находимся на 14-м месте в мире. Причем процент российских научных публикаций по теме графена падает: в 2000-е годах он составлял 5,6%, сейчас только 2,3%. По числу высокоцитируемых статей вся Россия уступает одному только Центру двумерных материалов Сингапура.

В экономике еще хуже.

Сегодня на долю России приходится лишь 0,003% продаж графеновых компонентов и продуктов (на два порядка ниже, чем в Индии и Израиле). Хотя, по некоторым оптимистическим прогнозам, потребность в графеновых компонентах на российском рынке оценивается примерно в 165 млн долларов (к 2025 году) и 1,5–2 млрд долларов к 2030-му, и, если ничего не изменится, этот рынок будет занят иностранными компаниями. Впрочем, следует признать, что сегодня, когда графеновый рынок только складывается, наметить темпы его роста и даже очертить его границы весьма сложно.

В России сегодня графеновой тематикой занимаются от силы несколько десятков научных лабораторий.

Еще меньшее число научных центров производят собственный графен, причем в очень ограниченных количествах (граммы, десятки граммов) и далеко не всегда достаточно высокого качества. В подавляющем большинстве отечественных научных разработок используется довольно низкосортный, однако достаточно дешевый графен из Китая.

Это объясняется, с одной стороны, малой информированностью наших специалистов о преимуществах графеновых технологий, с другой —дороговизной научных исследований, требующих наличия дорогого и в основном импортного оборудования.

Что такое графен?

Графе́н (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Атомы углерода находятся в sp²-гибридизации и соединены посредством σ — и π -связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку.

Лауреаты Нобелевской премии по физике за 2010 год стали русские физики из университета Манчестера Андрей Гейм и Константин Новоселов.

Физики из России Гейм и Новоселов обратили внимание на обычный скотч, с помощью которого готовят образцы графита для работы на сканирующем туннельном микроскопе.

Скотч отрывает графитные слои, оставляя абсолютно гладкую поверхность. Ленту выбрасывают вместе с тем, что к ней прилипло.

«За то, что мы ее подобрали и исследовали, нас обозвали garbage scientists — мусорными учеными», —

смеется Новоселов. Склеивая и разлепляя ленту с хлопьями графита несколько раз, Новоселов получил то, что считалось невозможным, — слои графита толщиной в один атом. Их площадь достигала одного квадратного миллиметра: этого более чем достаточно, чтобы перенести графен на подложку и исследовать механические и электронные свойства. В 2004 году в журнале Science вышла эпохальная статья Гейма, Новоселова и их давнего коллеги Сергея Морозова. Свойства — проводимость, прочность, стабильность — оказались уникальными.

«У графена есть свойства, которых нет ни у одного материала, — говорит Новоселов, — это в буквальном смысле материя, ткань. С ней можно делать то же самое, что вот с этой салфеткой: сгибать, сворачивать, растягивать…»

Бумажная салфетка неожиданно рвется у него в руках. С графеном такого не случится, замечает физик, это самый прочный материал на Земле.

СТАНЬ МЕЦЕНАТОМ!! Поддержи LegendaPress пожертвованием, чтоб мы и дальше могли писать для Вас!