5g future | Павел Сорокин, НИТУ «МИСиС»: О многообещающих перспективах графена
5689
post-template-default,single,single-post,postid-5689,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,,qode-title-hidden,qode_grid_1300,footer_responsive_adv,qode-content-sidebar-responsive,columns-4,qode-theme-ver-10.1.1,wpb-js-composer js-comp-ver-4.12.1,vc_responsive

Павел Сорокин, НИТУ «МИСиС»: О многообещающих перспективах графена

Графен — одно из самых перспективых веществ в мире для создания новых технологий и материалов. Какие исследования ведутся на его базе и что это может нам дать, 5G Future рассказал Павел Сорокин, д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС».

 Павел Борисович, графен был открыт учеными из России, но не в России. Насколько сейчас мы в русле общих процессов по работе с графеном?

К сожалению, мы существенно отстаём в данной области науки. Графеном у нас занимается очень ограниченное количество групп, причём исследования проходят преимущественно в фундаментальном ключе. При этом общемировая тенденция уже сместилась на прикладные применения этого материала.

А коммерческие технологии уже существуют?

В развитых странах основываются целые институты, посвящённые прикладным исследованиям графена и других двумерных материалов. На данный момент существует более 150 коммерческих компаний, работающих в сфере двумерных материалов. Большинство таких компаний сосредоточено в США, Европе и Китае. Ожидается, что к 2020 году рынок графена достигнет объёма более 250 миллионов долларов.

Какие открытия уже сделаны, и какие ожидаются именно нашими российскими командами ученых?

Графен и родственные ему материалы могут способствовать не только развитию таких современных технологий, как электроника и оптоэлектроника, но также могут привести к созданию новых технологий, развитие которых сейчас затруднено из-за особенностей свойств имеющихся материалов. Действительно, с одной стороны уникальные свойства графена могут позволить ему стать основой для самых разных компонентов электроники, включая транзисторы, батареи, оптоэлектронные компоненты, детекторы, фотогальванические элементы, фотоприемники, сверхбыстрые лазеры, био- и физико-химические датчики и т. д.

С другой стороны, качественно иная физика графена (по сравнению с другими широко используемыми материалами) может позволить реализацию технологических концепций, возможных пока только теоретически.

Что это, например?

Примером может служить спинтроника – новая технология, использующая спин, а не заряд электрона для переноса информации. Несмотря на то, что такой эффект спинтроники, как гигантское магнетосопротивление, уже является основополагающим принципом работы в технологии жёстких дисков, использование устройств спинтроники в качестве замены для других элементов электроники ещё не реализовано. В ряде научных работ были освещены свойства графена, которые подходят для развития спинтронных устройств, чьему исследованию сейчас посвящена работа множества исследовательских групп по всему миру.

Графен также является идеальным кандидатом для разработки новых материалов. Двумерная природа графена позволяет существенно изменять его свойства модификацией поверхности (например, её функционализации). Гидрирование или фторирование графена может превратить его в диэлектрик, а если функционализация будет упорядоченной – в полупроводник. Также графен может быть разрезан на одномерные полупроводниковые графеновые ленты. Графеновые хлопья могут быть использованы для реализации композиционных материалов (например, путём встраивания в полимерную матрицу).

А каковы перспективы?

Графен не только важен благодаря особым свойствам, но также и потому, что он является представителем принципиально нового класса материалов, который в дальнейшем будет только расширяться. К этому классу относятся, например, гексагональный нитрид бора (h-BN), дихалькогениды переходных металлов (MoS2, WS2 и т.д.) и другие. Вообще говоря, на текущий момент экспериментально синтезировано или теоретически предсказано более 200 различных соединений, способных образовывать двумерные протяжённые структуры. А если учесть, что они могут быть уложены в двумерные гетероструктуры – «пачки двумерных структур» — бесконечным числом возможных способов, то в результате мы получаем богатейший набор инструментов для реализации новых материалов с широчайшим спектром возможных свойств.