Новый углеродный наноматериал графен. Строение и свойства. Возможные области применения.

Графен - это углеродный наноматериал, слой атомов углерода толщиной в один атом, соединенных в двумерную кристаллическую решетку из правильных шестиугольников. Графен обладает уникальными физико-химическими свойствами, которые делают его незаменимым в самых разных сферах.

Экспериментируя с графеном, Гейм и Новоселов прибавили к нему водород и в конце 2007 года получили новый материал графан (полностью гидрогенированный графен), который с отличие от своего предшественника оказался хорошим электроизолятором.

Возможные применения графена

• Предельно тонкие углеродные пленки имеют огромный потенциал как для науки, так и для практики.

• Как отмечают специалисты, к примеру, графеновые транзисторы будут работать значительно быстрей, чем ныне существующие, что значительно увеличит возможности компьютеров. Графен сможет обеспечить электропроводность в пластмассах, а также увеличить их теплостойкость. Графен характеризуется высокой проводимостью и одновременно оптической прозрачностью. Это один из самых прочных материалов, при этом он очень гибкий, его можно упруго растягивать на 20—30 процентов. С использованием таких пленок можно создавать сенсорные экраны, элементы памяти, прозрачные проводящие контакты для светодиодов, на очереди «гибкая электроника», контейнеры для хранения водорода, фотоэлементы для солнечных батарей, гибкие электронные приборы.

 

Супрамолекулярная химия. Супрамолекулярные системы и их свойства. Структурные единицы супрамолекулы. Типы взаимодействий между компонентами супрамолекул. Основной признак супрамолекулы. Типы молекулярных устройств.

Точно также как взаимодействие атомов химических элементов приводит к образованию различных молекул, так и взаимодействие молекулярных компонентов может приводить к образованию супрамолекулярных структур – супрамолекул.

Супрамолекулярная химия – «химия за пределами молекулы». Ее цель – достижение контроля над межмолекулярными нековалентными взаимодействиями. (Молекулярная химия управляет ковалентными связями!!!) Супрамолекулярная химия имеет дело с более сложными образованиями, чем отдельные молекулы, - супрамолекулярными ансамблями, удерживаемыми вместе межмолекулярными связывающими взаимодействиями.

Схема перехода от молекулярной химии к супрамолекулярной

Структурные единицы супрамолекулы

Следует отметить, что до настоящего времени нет общепринятого строгого определения супрамолекулярных частиц. Это связано с большим многообразием различных типов взаимодействий между компонентами (водородная связь, ван-дер-ваальсовы, донорно-акцепторные, координационные взаимодействия с ионами металлов, электростатические) и как следствие этого – большим разнообразием супрамолекулярных систем. Сила взаимодействий может изменяться в широком диапазоне.

Основной признак супрамолекул

Основным признаком, позволяющим отделить супрамолекулы от обычных больших молекул, является возможность выделения в супрамолекулярных системах индивидуальных молекулярных компонентов (структурных единиц супрамолекулы), способных к самостоятельному существованию. Такие компоненты (называемые активными компонентами супрамолекулы) характеризуются своим электронным строением и как следствие этого – своим набором физико-химических свойств, которые при их участии в супрамолекулах в значительной степени сохраняются.

Супрамолекулярные системы и их свойства

Приведенное выше определение основного признака супермолекулы позволяет включить в круг супрамолекул не только системы, образованные в результате межмолекулярных взаимодействий (ММВ) между компонентами А…В, но и системы на основе ковалентно связанных компонентов A-L-B, в тех случаях, когда в таких системах могут быть выделены отдельные активные молекулярные компоненты А и В, индивидуальные свойства которых в значительной степени и определяют свойства супрамолекул.(A,L,B структурные единицы,компоненты).

Сочетание в супрамолекулах основных свойств их активных компонентов (которые могут быть предварительно изучены) и новых свойств, связанных с процессами переноса электрона и энергии между ними, открывает широкие возможности конструирования искусственных супрамолекулярных систем, способных осуществлять сложные функции направленного переноса заряда и энергии – своебразных химических молекулярных устройств.

Молекулярные устройства и машины

Молекулярными устройствами называютструктурно-организованные и функционально интегрированные химические системы. К молекулярным машинам относят устройства, в которых реализация функции происходит в результате механического перемещения компонентов относительно друг друга. Они могут быть использованы для создания механизмов и машин для генерации, преобразования и передачи энергии и движения на наноуровнях, для создания наноинструмента для контроля, диагностики наноколичеств материалов и веществ.