Юный техник, 2015 № 03 - [4]
Удивительный материал графен, открытый в 2004 году, продолжает радовать ученых все новыми полезными свойствами. За прошедшее десятилетие исследователями уже было открыто множество интересных свойств этого вещества, состоящего всего из одного слоя атомов углерода.
Например, ученым известно, что графен не пропускает никакие жидкости и газы. Это позволяет использовать его в составе антикоррозионных материалов и герметичных упаковок. К примеру, даже самому маленькому из атомов — атому водорода — потребуется время жизни Вселенной, чтобы пройти через монослой графена.
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Графен снова удивляет
Нобелевский лауреат Андрей Гейм и его коллеги из Манчестерского университета описали в журнале Nature, как можно с помощью графена «даром» получать водород из атмосферы, чтобы использовать его в топливных элементах в качестве горючего.
Удивительный материал графен, открытый в 2004 году, продолжает радовать ученых все новыми полезными свойствами. За прошедшее десятилетие исследователями уже было открыто множество интересных свойств этого вещества, состоящего всего из одного слоя атомов углерода.
Например, ученым известно, что графен не пропускает никакие жидкости и газы. Это позволяет использовать его в составе антикоррозионных материалов и герметичных упаковок. К примеру, даже самому маленькому из атомов — атому водорода — потребуется время жизни Вселенной, чтобы пройти через монослой графена.
Тем более удивительно, когда в своих экспериментах ученые обнаружили, что, несмотря на это, графен в присутствии катализатора, например, платины, отлично пропускает протоны, которые по сути являются теми же атомами водорода, лишившимися электрона.
Физики использовали два контейнера, один из которых был пуст, а во втором находилась смесь газов аргона и водорода. «Мы наблюдали, что водород из одного контейнера перемещался в другой, где водорода не было, — пояснил А. Гейм. — Способность тонкой мембраны не пропускать ничего, кроме протонов, может найти широкое применение, и в первую очередь в устройствах, на которые сегодня устремлены взоры экологов и автомобилестроителей, — топливных элементах».
В них водород, окисляясь в кислороде, способен без горения производить электрический ток. Низкий же КПД существующих установок связан с тем, что современные мембраны проводят не только протоны, но и газ — водород, кислород, метанол и другие вещества, которые в данном случае являются лишь своеобразным «мусором».
Прогнозируя развитие топливных элементов, министерство энергетики США надеется, что проводимость мембран к 2020 году превысит хотя бы 50 сименсов на кв. см. «В наших мембранах при температурах выше 100 °C мы уже имеем показатели около 1000 сименсов», — подчеркнул ученый.
Поэтому можно надеяться, что открытие мембранных свойств графена даст мощный толчок в использовании топливных элементов на транспорте и в энергетике. И хотя в своих экспериментах ученые пока моделировали эти процессы на микромасштабах и не собрали даже 1 мг водорода, исследователи уверены, что эти механизмы в будущем могут быть использованы в промышленных масштабах.
«В атмосфере довольно много водорода, и каждые 100 лет он восстанавливается. И 1 % этого водорода мы можем даром получать из атмосферы. Ведь известно, что в присутствующем в атмосфере водороде всегда есть и свободные протоны», — сказал А. Гейм.
В. ВЛАДИМИРОВ
ОПРЕСНЕНИЕ ВОДЫ
Ученые изучают возможности использования графена в процессе опреснения воды — для удаления соли из морской воды, чтобы сделать воду питьевой или пригодной для других целей.
Так, компании Lockheed Martin, известному производителю военных и авиационных систем, удалось научиться делать в пленке графена достаточно большие отверстия, чтобы в них проходили молекулы воды, но достаточно маленькие, чтобы задержать молекулы соли. Преимуществом нового метода по сравнению с традиционными является чрезвычайная тонкость графена. А чем тоньше фильтрующий материал, тем меньше энергии требуется для работы опреснительной установки.
Многоразовая бумага
Более четверти века тому назад «Юный техник» объявлял конкурс на создание «вечного черновика» — бумаги, на которой можно было бы писать несколько раз, стирая прежде написанное, словно на классной доске. Тогда участники конкурса смогли додуматься до пластиковой пленки, на которой надо было писать фломастерами на водной основе, а стирать написанное особой губкой или ластиком. Сейчас, похоже, появился еще один способ.
До изобретения бумаги, в античные времена, люди писали на дощечках, покрытых воском. Особой палочкой — стилосом — выдавливали буквы и слова. А потом стирали другим, плоским концом того же стилоса.
Такая табличка была удобна для каждодневных записей, однако сохранить на ней написанное сколько-нибудь долго было проблемой. Тут уж в ход шли глиняные таблички, которые после нанесения текста обжигали в огне, словно кирпичи.
Бумага, изобретенная примерно в 105 году н. э. в Китае, для письма намного удобнее. Именно возможность писать, печатать и читать информацию с бумаги позволила человеческой цивилизации быстро развиваться. Да и ныне, в эпоху расцвета компьютерных информационных технологий, около 90 % всех сведений все еще хранятся записанными или отпечатанными на той же бумаге.
