Back

Графен – болашақтың материалы

Қазір ғалымдар жаратылыстың пайда болуын, нанотехнологияны дамыту және графен алу сынды маңызды бағыттар бойынша зерттеу жұмыстарын жүргізуде. Әлемдік ғылымда трендке айналған бұл салалары Қазақстанда да жан-жақты дамып, қазақ ғалымдары әлемнің назарын аудара бастады. Ғалымдар графен алудың бірнеше түрін меңгеріп, жан-жақты жұмыс істеуде. Айталық, Қ.Сәтбаев атындағы Ұлттық техникалық университетінің ізденушісі Бағила Байтымбетова екі әдіспен графен алып, еліміздің абыройын асқақтатты. Осы ретте жас ғалымды әңгімеге тартып, графенді қалай алғаны жайында сұрадық.

– Бағила ханым, екі әдіспен графен алғаныңызды естідік. Ғылыми ортаның назарын аударған әдісіңіздің мәні мен мазмұны жайында айтып берсеңіз?
– Бірден айтайын графен алу ісімен Қазақстанда біраз ғалымдар айналысады. Айталық, бұл бағытта Зұлхайыр Мансұров басқаратын Жану мәселелері институтының ғалымдары күрделі ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізіп келеді. Жалпы, графиттен графен алудың түрлі жолдары бар. Ұстазым Борис Михаилович екеуміз графен алуды бастағанда ароматикалық көмірсутек пен ультрадыбыстың көмегіне және магнетронды тозаңдандыру әдісіне арқа сүйедік. Енді графиттен таза графенді қалай алғанымызға тоқталсам. Графиттер қатпар-қатпар графендерден тұрады. Сол графендердің арасында Ван дер Ваальс күші бар. Зертханалық жағдайда арнайы ыдысқа таза графенді салып, оған көмірсутекті бензол мен толуол сұйықтығын құйдық. Бұдан кейін арнайы құрылғылардың көмегімен қатар-қатпар графендердің арасындағы Ван дер Ваальс күші ультрадыбыс пен сұйықтық әрекеттесіп, графеннің бір қабатын бөліп алды.

Бүгінде электроникалық бұйымдардың көпшілігін шалаөткізгішті элементтерден жасап келеміз. Ал шалаөткізгіш заттарға – кремний, германий, калий, арсений сынды элементтер жататыны белгілі. Алдағы уақытта графен осы заттардың орнын алмастырады. Өйткені графенде электрондар өте жылдам қозғалатынымен ерекшеленеді. Осының арқасында графеннен жасалған ұялы телефондар мен компьютерлер жылдам жұмыс істейтін қасиетке ие болады.

– Мынаны айтыңызшы, сонда графит тек қана графеннен тұра ма?
– Жоқ. Графит Менделеев кестесіндегі №12 көміртек болып саналады. Оның бірнеше түрі бар. Олар – алмас, графит, фурелен, нанотүтікше және графен болып жіктеледі. Осыдан-ақ бір графиттен қаншама зат алуға болатынын байқаймыз. Көміртектің алты бұрышты бензол сақинасынан тұратын қабатын графен деп атаймыз. Жалпы, бізге дейін көптеген ғалымдар бірнеше сатыдан тұратын әдістерге сүйеніп, графен алған. Олардың кейбіреулері ультрадыбыспен және термонданат калиймен алды. Біздің ароматикалық көмір қышқыл мен ультрадыбыстың көмегіне сүйеніп графен алуымыз тың тәсіл болғандықтан, біз өзіміз ойлап тапқан тәсілімізді елімізде патенттеп алдық.
– Магнетронды тозаңдандыру әдісімен де графен алғаныңызды айтып қалдыңыз. Бұл жағын да түсіндіре кетсеңіз?
– Магнетронды тозаңдандыру әдісі ғылымда кең тараған әдіс. Марқұм ұстазым Борис Михайлович екеуміздің бұл тәсілмен графен алуымызға орыс ғалымдарының магнетронды тозаңдандыру әдісімен көміртекті нанотүтікшені алғаны ықпал еткен еді. Әрине, бұл әдіспен жұмыс жасағанымызда өзіміздің жылдар бойы жинаған біліміміз бен іс-тәжірибемізді сарп еттік. Жұмыс камерасының ішінде катод және электрод болады. Катодымыз біздің графит. Бұдан кейін ауасыз бос кеңістікке, яғни вакуумға аргон газын жібердік. Газ вакуумның ішіндегі еркін жүрген электродтармен әрекеттесіп, графиттің атомдарын жұлып алады. Дәл осы сәтті ароматикалық қатты көміртекті нафталиннің атомдары буға айналып, бәрі әрекеттесіп, бір қабатты графен түзді. Патент алғанымызда мұндай тәсілмен ешқандай ғалым графен алмағанын білдік.
– Бағила, айтыңызшы, сіздің алған графендеріңіздің өлшемі қандай?
– Біздің графеніміздің қалыңдығы 5 микронды құраса, аумағы 5 сантиметрге дейін жетті. Бізге дейін графен алған ғалымдар наноөлшем деңгейінде ғана алған еді. Сондықтан ірі көлемде графен алғанымызбен мақтануға болады. Ең сапалы графен – бір қабатты графен. Біз осыған қол жеткіздік қой. Атомдық микроскоппен алған графеннің сапасын зерттегенде жоғары сапаға қол жеткізгенімізді байқадық. Бұдан кейін бұл бағыттағы ғылыми-зерттеу жұмыстарының қорытындысы жайында мақала жазып, инфакт-факторлық көрсеткіші жоғары ғылыми журналдарға жарияладық. Нәтижесінде дүниежүзінің әр тарабындағы ғалымдар біздің іс-тәжірибемізге қызыққандарын айтып, хаттар жазды.
– Оқырмандарымызға графенді қалай алуға болатынын аздап болса да жеткіздік деп ойлаймын. Енді, маған графеннің адам баласы үшін пайдасы жайында айтыңызшы? Жалпы, графенді өндірістің қай саласында пайдалануға болады?
– Графенді көптеген салада қолдануға болады. Дамыған елдер графенді электроника саласында кеңінен пайдалануға күш салып жатыр. Бүгінде электроникалық бұйымдардың көпшілігін шалаөткізгішті элементтерден жасап келеміз. Ал шалаөткізгіш заттарға – кремний, германий, калий, арсений сынды элементтер жататыны белгілі. Алдағы уақытта графен осы заттардың орнын алмастырады. Өйткені графенде электрондар өте жылдам қозғалатынымен ерекшеленеді. Осының арқасында графеннен жасалған ұялы телефондар мен компьютерлер жылдам жұмыс істейтін қасиетке ие болады. Қазіргі таңда АҚШ-тың Apple компаниясы өздерінің өнімдерін жасауда графенді пайдалану мәселесіне күш салып жатыр. Аталмыш компанияның өндірген өнімдерінің сапасы артып, үлкен сұранысқа ие болғанын бәріміз білеміз. Сол сияқты энергетика саласында да графенді кеңінен пайдалануға болады. Графен сутектен қуат көзін алатын арнайы құрылғылар жасауға таптырмас материал. Ол көміртекті элемент болғандықтан оның сорбциялық қасиеті өте жоғары. Ол бойына сутекті сорып алып, оны ғаламат қуат көзіне айналдыратын мүмкіндікке ие. Сутекте энергия қоры өте көп. Болашақта графеннен арнайы құрал-жабдықтар жасап, қуат көзін өндіруге болады. Тағы да айтсақ, графен ғарыш кеңістігін игеруге де кеңінен жол ашып отыр. Графеннен жасалған байланыс құралдары алыс ғарыш кеңістігінен сигналдар қабылдаудың мүмкіндігін арттырған. Сол сияқты медицина саласына да графенді кеңінен пайдалануға болады. Жалпы, графенді көптеген салада пайдалануға болады.

Нұрлан Жұмаханов, “ҰҒТАО” АҚ Қоғаммен байланыс бөлімі