как использование графена изменит нашу жизнь — РТ на русском
Изобретённому российскими учёными графену находят всё новые способы применения. Так, исследователям Северо-Западного университета (США) удалось сделать на основе этой сверхтонкой модификации углерода суперстойкую краску для волос. Широко применяется графен и в других областях: на его основе делают пуленепробиваемые бронежилеты, материал используют для получения водородного топлива и в наноустройствах. О феномене графеновой революции — в материале RT.
Невидимый и прочный
Графен состоит из плотно соединённых атомов углерода, выстроенных в решётку наподобие пчелиных сот толщиной всего в один атом. Это делает его самым тонким материалом в мире, невидимым невооружённым глазом, но при этом очень прочным и эластичным. Впервые графен выделили в 2004 году российские учёные Андрей Гейм и Константин Новосёлов, которые работали тогда в Манчестерском университете. Шесть лет спустя опыты физиков были удостоены Нобелевской премии.
С тех пор исследователи со всех уголков планеты пытались найти всё новые способы применения и, что интересно, получения графена. Ведь одним из главных факторов, мешающих наладить масштабное производство этого чудо-материала, была дороговизна «оригинального» варианта получения графена с помощью сложного процесса разложения графита. Очень быстро графен научились добывать при помощи лазера, используя в качестве сырья обычную древесину, и даже путём взрыва углеродсодержащего материала.
Пока одни учёные соревнуются, чей метод получения графена проще и дешевле, другие находят ему самое необычное применение.
Красота не требует жертв
Специалисты Северо-Западного университета (США) превратили чёрный «от природы» графен в суперстойкую краску для волос.
В ходе эксперимента американские учёные покрыли образцы человеческого волоса раствором из листов графена. Так, физикам удалось превратить светлые, платиновые волосы в угольно-чёрные. Новый цвет оставался стойким на протяжении 30 смывов.
Краска на основе графена обладает дополнительными преимуществами, утверждают американские исследователи. Каждый покрытый ею волос подобен маленькому проводу, способному проводить тепло и электричество. Это означает, что волосы, окрашенные графеновой краской, легко рассеивают статическое электричество и решают проблему электризующихся волос.
- globallookpress.com
- © Mari Barlow/moodboard
Американские учёные также полагают, что их краска абсолютно безвредна.
«Наружный слой ваших волос, или кутикула, выполняет защитную функцию и состоит из тонких клеток наподобие рыбных чешуек. Чтобы приподнять эти чешуйки и позволить молекулам краски быстро проникнуть в волосы, используются аммиак, перекись водорода или органические амины», — сообщил автор исследования Цзясин Хуан.
Из-за подобных манипуляций волосы постепенно истончаются. Проблему позволяет решить краска, которая покрывает волосы, но не проникает в их структуру. Однако такая краска очень быстро смывается. Как утверждают специалисты Северо-Западного университета, их изобретение позволяет справиться с обеими проблемами.
В индустрию моды и красоты графен начал проникать ещё в 2017 году, когда британская компания CuteCircuit представила платье с элементами из этого чудо-материала. Платье Graphene Dress со встроенными светодиодами благодаря графену меняет цвет «в такт» дыханию его обладательницы.
- Платье на основе графена, Манчестер, 2017 год
- Reuters
«Материал будущего» выполняет в платье одновременно две задачи: он является датчиком, улавливающим частоту дыхания, а также питает светодиоды, которые и меняют цвет платья. Разработчики умной одежды считают, что графен можно использовать для получения тканей, которые будут радикально менять свой цвет. Презентация Graphene Dress состоялась на родине этого материала — в Манчестере.
«У графена очень много интересных физических свойств и явлений, например электронные свойства, которые позволяют использовать графен для конструирования сложных электронных наноустройств. Есть работы, в которых его используют для защиты наночастиц от окисления», — рассказал в беседе с RT старший научный сотрудник кафедры химической кинетики химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Владимир Боченков.
Также по теме
Новые свойства графена помогут создавать топливо «из воздуха»Исследование, проведённое физиками в Университете Манчестера, показало, что открытый в 2010 году графен может быть использован в…
Кроме того, графен поможет решить одну из главных задач современности — получить недорогие, надёжные и экологически безопасные источники энергии. Так, графеновые композиты позволяют создать более эффективные солнечные панели. Учёные из Массачусетского технологического института доказали, что при помощи графена можно сделать эластичные, дешёвые и прозрачные солнечные элементы, превращающие практически любую поверхность в источник электроэнергии. Солнечные батареи из графена, по словам учёных, могут производить энергию даже в дождь.
«В графене можно делать определённые отверстия, выбивая некоторые атомы углерода, и получать регулируемые поры, которые можно использовать в качестве мембраны в батареях и топливных ячейках. Также мембраны на основе графена могут удешевить производство тяжёлой воды. Она необходима в атомной промышленности для получения относительно экологически чистой энергии. Здесь опять же уникальные свойства графена позволяют быстрее разделять субатомные частицы, делая весь процесс очень экономичным. В результате мы получаем более зелёную и дешёвую атомную энергию», — отметил Боченков.
Крупнейшие технологические компании уже приступили к созданию литийионных аккумуляторов для смартфонов с использованием графена. Инновационная технология позволяет заряжать батарею быстрее и хранить заряд дольше.
Графен можно использовать в качестве мембраны для фильтрации атомов водорода в воздухе и получить биологически чистое топливо. К такому выводу пришли первооткрыватели графена. Андрей Гейм и Константин Новосёлов выяснили, что при высоких температурах и присутствии платины в качестве ускорителя реакции графен пропускает положительно заряженные ионы водорода (протоны) и задерживает практически всё остальное. Такая технология поможет совершить прорыв в развитии зелёной энергетики.
Также по теме
«Рассеять энергию пули»: как нанотехнологии используются в военном делеВ России и мире активно ведутся разработки в области материалов, которые позволяют создавать новые средства индивидуальной бронезащиты…
Взяли на вооружение графен и производители военной продукции. Выяснилось, что материал обладает пуленепробиваемыми свойствами. Учёные из Нью-Йоркского университета получили очень прочные и почти невесомые бронежилеты. В ходе эксперимента физики запустили стеклянную микропулю в листы графена толщиной от десяти до 100 слоёв. Графен рассеял энергию пули, летящей на скорости 3000 м/с. Однако в точке удара материал вытянулся в форме конуса, а затем треснул. Появление трещин не позволяет пока поставить графеновые бронежилеты на службу полицейским. По оценкам специалистов, чтобы защитить своих обладателей, такие бронежилеты должны состоять из миллионов слоёв графена. А для этого требуется наладить его производство в промышленных масштабах.
Проник графен и в биологию. В 2016 году китайские учёные накормили шелкопрядов тутовыми листьями, которые были сбрызнуты препаратами, содержащими графен. В итоге экспериментаторы получили прочную и хорошо проводящую электричество графеновую шёлковую нить.
«Экспериментов с графеном проводится масса. Потенциал этого материала невероятно широк. Думаю, через несколько лет графен будет использоваться в создании и различных детекторов света, и контактных линз, и вообще чего угодно. Практическое применение этого материала может ограничиваться лишь фантазией учёных», — заключил Боченков.
Что такое графен и как он изменит нашу жизнь?
Вокруг графена образовалось немало хайпа — и среди ученых, и среди бизнеса. Но графен так и не стал нашей повседневной реальностью. Почему? Разбираемся вместе с автором YouTube-канала «Индустрия 4.0» Николаем Дубининым
Впервые о графене заговорили в 2004 году, когда Андрей Гейм и Константин Новоселов — британские ученые российского происхождения — опубликовали статью в журнале Science [1]. В ней говорилось о новом материале, который получили с помощью обычного карандаша и скотча. Ученые просто снимали клейкой лентой слой за слоем, пока не дошли до самого тонкого — в один атом. В 2010-м за это их наградили Нобелевской премией. С тех прошло уже десять лет.
Как графен меняет нашу жизнь?
Что такое графен и чем он так уникален?
Углерод — это материал, состоящий из кристаллической решетки, которую образуют шестиугольники атомов. Графен — это один слой решетки толщиной в 1 атом.
Отсюда — его первое уникальное свойство: самый тонкий.
- Графен в 60 раз тоньше мельчайшего из вирусов.
- В 3 тыс. раз тоньше бактерии.
- В 300 тыс. раз тоньше листа бумаги.
Так выглядит структура углерода. Если отделить один из слоев — получим графен
Уникальность графена в том, что он обладает такой же структурой, как и полупроводники, при этом он сам проводит электричество — как проводники. А еще у него высокая подвижность носителей заряда внутри материала. Поэтому графен в фото- и видеотехнике обнаруживает сигналы намного быстрее, чем другие материалы.
Графен обладает хорошей теплопроводностью, гибкостью и упругостью, он на 97% прозрачный. При этом, графен — самый прочный из известных материалов: прочнее стали и алмаза.
Наглядная графика о свойствах графена
Миф о токсичности графена
Влияние графена на человеческий организм до конца не изучено, но и токсичность графена никто не доказал. Единственную опасность представляет графен, который получают путем размешивания графита или углерода в воде: попадая в клетку, такие мельчайшие частицы действительно могут ее убить [2].
Однако сейчас в биоэлектронике используют другой способ получения графена — путем химического осаждения из газовой фазы. Частицы получаются достаточно крупными. Потом их закрепляют на подложке, и проникнуть сквозь клеточную мембрану они уже не могут.
Где уже используют графен?
Сейчас графен успешно применяют в электронике. Самый массовый продукт — это пауэрбанк [3]: производители обещают, что сам он заряжается за 20 минут, а топовый смартфон заряжает наполовину за полчаса.
Существуют также графеновые куртки и платья. Последние, в частности, оснащены светодиодами [4], которые реагируют на дыхание и температуру тела, меняя цвет.
Теннисные ракетки с графеном весят до 300 грамм меньше, чем обычные, при той же силе удара.
Наконец, машинное масло с графеном призвано снизить износ двигателя.
Где можно применять графен в будущем?
Есть и еще одно свойство графена: он биосовместим, то есть взаимодействует с живыми клетками. Ученые обещают, что материал поможет диагностировать и лечить рак [5]. Это делают с помощью чипа с графеном, который придает повышенную чувствительность. На поверхность чипа высаживают раковые клетки и тестируют на них различные лекарства.
Такие чипы можно использовать и для тестирования других лекарств, а также — определения биомаркеров: иммуноглобулина, ДНК, нейрональных биорецепторов.
Из графена также планируют делать дешевые солнечные батареи, опресняющие устройства для морской воды, гибкие дисплеи, сверхпрочные бронежилеты, сверхчувствительные микропроцессоры, элементы для беспилотников и космических ракет, телефоны с бесконечной зарядкой и умную одежду.
Для России самым перспективным применением графена могут стать нефте- и газодобыча. На основе графена делают жидкости, которые позволят управлять толщиной и свойствами фильтрационной корки буровых растворов. А еще можно делать полимерные трубы и покрытия для нефте- и газопроводов с применением графена.
Графеновый бум
За 7 лет после вручения премии вышло больше 130 тыс. научных работ, посвященных графену и его свойствам. Доля таких исследований среди всех остальных выросла с 0,2% в 2010 году до 1% в 2016-м.
Профессор Катарина Паукнер в Будапеште, 2016 год
Исследователь Прабхурадж Балакришнан в Лондоне, 2017 год
Доктор Хан Лин в Мельбурне, 2019 год
В научном сообществе тестирование свойств графена стало почти мемом. Доходит до того, что в графен добавляют куриный помет, чтобы проверить, как это отразится на его качествах [6].
Всего в мире зарегистрировано более 50 тыс. патентных заявок с упоминанием графена. Больше половины из них принадлежит Китаю, следом идут Южная Корея, США, Япония и Тайвань.
В Китае исследованиями занимаются государственные вузы. В 2013 году здесь создали Инновационный альянс графеновой промышленности, который пророчит Китаю в этой сфере долю в 80% от общемировой.
В остальных странах в графен активно вкладываются коммерческие компании. В Евросоюзе за это отвечает проект Graphene Flagship с инвестициями в €1 млрд [7]. В США — Национальная графеновая ассоциация, в консультативный совет которой входят представители Apple, IBM и Cisco.
В графене заинтересованы гиганты аэрокосмической отрасли: Boeing, Lockheed Martin, Airbus и Thales. Они рассчитывают, что новые материалы позволят им в разы снизить расход топлива — как композиты, которые экономят до 30% горючего в Boeing 787. Электронные корпорации включились в графеновую гонку в надежде, что это принесет им лидерство на рынке смартфонов и аксессуаров к ним.
Среди них — Samsung [8]: компания уже скупила десятки патентов, которых хватит на целую линейку продуктов с графеном. В частности, она представила новый тип аккумуляторов, которые можно будет заряжать за рекордные 12 минут. Такие появятся в новых смартфонах бренда не позднее 2021-го года. Их главный конкурент — Apple — запатентовала акустические диафрагмы с графеном для использования в устройствах следующих поколений. И это, судя по всему — только начало.
В России тоже занимаются изучением графена и даже патентуют электронные устройства на его основе — на базе в Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Двое ученых-выпускников этого вуза — гендиректор ведущего производителя Graphene 3D Lab Inc. Елена Полякова и профессор Свободного университета Берлина Кирилл Болотин — входят в ту самую американскую ассоциацию.
Почему же графен до сих пор не изменил нашу жизнь?
Во-первых, он все еще очень дорогой. При этом пока нельзя однозначно посчитать, сколько его нужно и для каких целей. Для этого материала нет единой шкалы измерения, так как он может иметь разную структуру — в зависимости от способа получения.
- 1 грамм чистого графена, который используют в электронике, стоит около $28 млрд.
- 1 грамм графена, смешанного с пылью — около $1 тыс.
Во-вторых, массовое производство графена пока не налажено, потому что нет технологий, которые бы позволили бы это: например, сложные электронные устройства с графеном делают вручную. Для графена нужна какая-то подложка — например, кварцевая — которая и определяет свойства конечного продукта. При этом пока еще не совсем понятно, какие именно это должны быть свойства.
Что еще почитать и посмотреть о графене
10 способов применения графена, которые изменят вашу жизнь
Он прочный, он гибкий и он уже здесь: после долгих лет исследований и экспериментов графен приходит в нашу жизнь, а именно – в продукты, которыми мы пользуемся каждый день. В скором времени графен изменит мир смартфонов, аккумуляторов, спортивной экипировки, суперкаров и сверхпроводников. Свойства этого материала настолько невероятные, что некоторые люди даже считают, что графен достался нам от инопланетных кораблей, оставленных на нашей планете задолго до появления человечества.
Это, конечно же, фантастика, но потенциал графена не может не рождать подобные теории заговора. Прошло более 60 лет с тех пор, как ученые и производители электроники впервые попытались раскрыть всю мощь нового материала, однако его практическое применение стало реальным только сейчас. Новости о технологических прорывах в этой области не прекращаются, и очередной всплеск инфоповодов по этой теме состоялся в ходе недавней выставки мобильной электроники MWC 2018. Далее речь пойдет о 10 способах использования графена, которые изменят вашу жизнь в обозримом будущем.
Миниатюрные УФ-сканерыОбычная одежда спасает нас от вредных ультрафиолетовых лучей, но зачастую этого бывает недостаточно, особенно в жарких солнечных странах. Проблема будет решена с помощью небольшого гибкого УФ-сканера, который может крепиться на кожу, как обычный пластырь, либо изначально встраиваться в одежду. Когда этот сканер определит, что вы слишком долго находитесь под прямыми солнечными лучами, он отправит соответствующее уведомление на смартфон, предупредив вас об опасности.
Умные стельки для атлетовПроизводители обуви и спортивных товаров также делают большую ставку на графен. Сегодня уже существуют носки и стельки, распознающие силу давления в той или иной области подошвы. Но подавляющее большинство таких продуктов оснащены всего несколькими датчиками, графен позволяет разместить более 100 датчиков, которые никак не повлияют на вес обуви. Прототипы высокотехнологичных стелек существуют уже сегодня, они изготовлены из специальной пены и измеряют давление с точностью до миллиграмма.
Графеновый крио-кулер для охлаждения базовых станций 5GВсем модулям беспроводной связи при увеличении объема передаваемых данных требуется все больше охлаждения, иначе оборудование перегреется. Таким образом, многократное повышение пропускной способности в приближающихся 5G-сетях. Разработанный в Швеции компактный охлаждающий насос способен понижать температуру базовых станций вплоть до -150 градусов, поддерживая стабильный сигнал.
АудиотехникаХотя впервые графен был получен в Университете Манчестера, исследования данного материала ведутся по всему миру, а наибольшее число патентов по использованию графена принадлежит Китаю. Неудивительно, что крупнейший производитель электроники в этой стране стал одним из первых брендов, внедривших графен в свои продукты. Так, Xiaomi Mi Pro HD являются наушниками с графеновой диафрагмой, которая позволяет передавать более громкий, чистый и насыщенный звук. Также у Xiaomi есть терапевтический пояс PMA A10 из ткани, покрытой графеном.
Самые эффективные в мире солнечные батареиВ Италии ученые разрабатывают солнечную батарею на основе графена и органических кристаллов. Такая технология позволяет делать солнечные ячейки более крупными, что повышает эффективность сбора энергии и удешевляет производство в 4 раза.
Графеновые самолетыВ авиации вес – это все, от него напрямую зависит стоимость полета. Именно поэтому Ричард Брэнсон (и другие, менее известные люди) предсказывают полный переход коммерческих авиакомпаний на гораздо более легкий и прочный графен уже в ближайшее десятилетие. И это не просто слова – к примеру, Airbus уже не первый год активно занимается этим направлением.
Чехлы для смартфоновЧехлы со встроенной батареей так и не прижились на рынке, а проблема быстро разряжающихся мобильных аккумуляторов никуда не делась. Чехлы с задней панелью из графена смогут намного эффективнее охлаждать смартфон, прибавляя до 20% ко времени работы батареи в вашем мобильном устройстве.
Супертонкие электронные книгиНа MWC 2017 компания FlexEnable продемонстрировала построенную на основе графена полноцветную пиксельную матрицу для энергоэффективных дисплеев и дисплеев с электронными чернилами. Такие экраны будут иметь толщину обычной бумаги. К тому же, эти матрицы будут гибкими, что избавляет от необходимости использования толстого защитного стекла.
АвтомобилиГрафен раскрывает широкие перспективы для автомобилестроения, в частности для электромобилей. Дело в том, что с изготовленные из графена транспортные средства обладают меньшим весом и большей жесткостью кузова, что позволяет им быстрее ускоряться и расходовать значительно меньше электроэнергии.
Сверхбыстрые зарядкиЧто, если бы вы могли зарядить свой смартфон на 100% за 5 минут? Именно столько времени требуется зарядному устройству от Zap & Go. И хотя тестовый прототип имел емкость всего 750 мАч, этот результат не может не впечатлять. А в следующем году инженеры компании обещают снизить этот показатель до 15-20 секунд. Тем временем, в Huawei разработали обычные литий-ионные батареи, которые благодаря применению графена могут работать на температурах до 60оС, что на 10 превышает показатель стандартных аккумуляторов на 10 градусов, что продлевает срок эксплуатации батареи почти в 2 раза.
Графеновая гонка. Как графен может изменить нашу жизнь?
В 2010 году за него дали Нобелевскую премию. Графен называют самым многообещающим новым материалом будущего. Рассказываем, почему это так
2021 год был объявлен в России Годом науки и технологий, а месяц июнь, согласно календарному плану Года, посвящен новым производственным технологиям и материалам. Сегодня мы поговорим об одном из таких новых перспективных материалов — графене.
Графен — самый тонкий материал из когда-либо обнаруженных. Впервые он был выделен в начале нулевых, а в 2010 году выпускникам МФТИ, сотрудникам Манчестерского университета Андрею Гейму и Константину Новоселову за это открытие присудили Нобелевскую премию по физике. Есть много идей, как можно применить этот тонкий и чрезвычайно прочный материал, о котором так много говорят в последние годы.
Слой углерода толщиной в один атом
Толщина графена составляет всего один атом — это самый тонкий материал в мире, его можно назвать двумерным объектом. Представьте обычный грифель карандаша, которым вы пишете — он состоит из нескольких миллионов слоев графена, и, по сути, графит в карандаше — это уложенные друг на друга слои графена. Поэтому каждый из нас хотя бы раз в жизни держал графен в руках. Материал был обнаружен Геймом и Новоселовым, когда они изучали проводимость графита. Приклеив скотч к куску графита, ученым удалось получить один слой графена.
Идея отделить слой графена от графита с помощью скотча пришла к ученым спонтанно. Скотч, с помощью которого образцы графита готовят для работы на сканирующем туннельном микроскопе, после процедуры обычно отправляется в мусорное ведро. Однако Новоселов и Гейм решили найти куску скотча с остатками тонкого слоя материала другое применение — за это впоследствии их в шутку окрестили garbage scientists (мусорные ученые).
В возможность отделить один слой никто не верил. Семьдесят лет назад Лев Ландау и Рудольф Пайерлс доказали, что таких материалов существовать не может: силы взаимодействия между атомами должны смять их в гармошку или свернуть в трубочку, пишет Forbes. Однако графен оказался исключением из этого правила.
Практическое применение
Графену приписывают множество самых разнообразных практических применений. Его возможно использовать для создания имплантов для мозга, он может применяться в системе охлаждения для спутников, графен можно превратить в сверхпроводник; полезен он и в быту: например, в качестве краски для волос. Уже сегодня графен применяется в электронике, медицине: работы по нейродевайсам и биосенсорам ведутся с 2008 года — но когда графеновую биоэлектронику начнут массово применять на практике, пока трудно сказать.
Этот материал особо ценится за его прочность и упругость. А еще графен очень прозрачный: его прозрачность составляет 97%.
«Сейчас есть много идей о том, как можно применять графен. Были идеи, что получится его использовать в качестве транзистора, как замена элементной базы современной электроники. Но это, насколько я знаю, не пошло, и теперь пытаются использовать его упругие свойства. Если сравнить атомарный слой углерода (чем по своей сути графен и является) и атомарный слой, скажем, алюминия, то мы увидим, что жесткость графена будет как минимум в десять раз выше. Так как графен одноатомный, то он спокойно пропускает свет, то есть вы видите через него всё. С другой стороны, он достаточно прочный, чтобы обеспечить необходимую защиту от каких-то механических воздействий. Поэтому графен можно применять как прозрачный, но прочный экран для предохранения жидкокристаллических дисплеев, например. Его прочность может быть полезной для создания гибких небьющихся экранов, городских строений и др., возможно, он станет будущим строительным материалом для космических кораблей, общественного транспорта и т.д.», — рассказывал в интервью «Научной России» заместитель директора Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН Игорь БУРМИСТРОВ.
Нобелевские лауреаты К. Новоселов (слева) и А. Гейм. Источник фото: https://panorama.pub/
Некоторые эксперты считают, что графен даже может спровоцировать новый скачок в развитии человеческой цивилизации. Кремниевая эра скоро закончится, говорят ученые, ведь кремневая элементная база, на которой создается современная техника, уже подходит к своему технологическому и физическому пределу, и в этом смысле графен может стать отличной альтернативой. Использование графена в электронике поможет создать более мощные компьютеры и системы. В мире его уже используют для создания гибких мобильных телефонов.
В свое время освоение металлов кардинально изменило жизнь людей — ту же судьбу пророчат графену, называя его самым загадочным и многообещающим новым материалом будущего, который способен произвести революцию в энергетике. Графен дает возможность получать энергию совершенно новым способом. Этот материал обладает возможностью пропускать позитивно заряженные атомы водорода, при том, что он непроницаем для других газов, в том числе и для самого водорода. Это открывает перед учеными невероятные перспективы по созданию топливных элементов на основе водорода. Так, например, можно будет собирать в таких элементах водород из воздуха, а затем получать с помощью графена электричество и воду, практически не порождая никаких отходов.
В прошлом году физики из США показали, что графен можно использовать для сбора энергии: он способен вырабатывать энергию с помощью окружающей среды. Учеными из Университета Арканзаса была разработана схема, способная улавливать тепловое движение графена и преобразовывать его в электрический ток.
«Энергосберегающая схема, основанная на графене, может быть встроена в чип для обеспечения чистой, безграничной, низковольтной энергии для небольших устройств или датчиков», — отметил Пол Тибадо, профессор физики, участвовавший в эксперименте.
Графен может быть использован для создания квантовых компьютеров, благодаря этому материалу такие компьютеры могут стать компактнее. У графена могут быть и более общедоступные применения, например в дизайне одежды. Вещи из графена, легкие и плотные, уже сегодня можно найти на мировых рынках.
Графеновое будущее
Разработки на основе графена уже близки к массовому внедрению в экономику, считает член-корреспондент РАН, научный руководитель Корпоративного энергетического университета Евгений Аметистов. При этом в графеновой гонке Россия отнюдь не лидирует, и наши технологии далеки от совершенства.
В рамках программы финансирования науки (2014-2020 гг.) Евросоюз выделил один миллиард евро на запуск производства графена в промышленных масштабах. Проект объединяет 23 страны и 142 научно-исследовательских коллективов и промышленных партнёров. Не так давно, в 2015 году, в Манчестере открылся Национальный графеновый институт, строительство которого финансировали Европейский фонд регионального развития и правительство Великобритании. Однако более половины мировых публикаций и заявок на патенты в области графена сегодня принадлежит Китаю, где действует так называемый Инновационный альянс графеновой промышленности.
А как обстоят дела в России? По числу исследований графена Россия сегодня находится на 14-м месте в мире, пишет российский деловой еженедельник «Эксперт». Причем процент российских научных публикаций по теме графена падает, отмечает издание: в 2000-е годы он составлял 5,6%, а в 2021 — только 2,3%.
Исследованиями графена в России занимаются свыше 30 организаций, среди них различные институты Российской академии наук, МГУ им. М.В. Ломоносова, предприятия ГК «Роскомос», частные фирмы. В нашей стране есть свой Институт графена, на базе которого впервые в России была создана установка полупромышленного типа для производства чистого (почти 100%) графена.
«Сейчас идет своеобразная графеновая гонка. Наши позиции изначально были очень хорошими, поскольку традиционно Россия сильна в плане фундаментальной физики. Конечно, мы немного упустили тот момент, когда мир рванул вперед», — рассказывал директор центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Валентин Волков на Международной конференции по двумерным материалам в г. Сочи.
Уже сегодня в России графеновые и графеноподобные материалы применяют для повышения ударной прочности экспериментальных образцов карбидокремниевой брони для ударных вертолетов и военных шлемов, при производстве солнечных панелей, используют в составе литий-ионных аккумуляторов и т.д. Однако массовое применение графена — вопрос будущего.
Фотографии в материале, включая фото на главной странице сайта: https://ru.123rf.com
графеновый аэрогель очистил воду от примесей
Инженеры из Университета Буффало в США разработали новый метод очистки воды, использовав уникальные свойства чудо-материала графена. Исследователи утверждают, что их разработку можно воссоздать в самых разных размерах и, что важно, использовать полученный материал несколько раз.
Получается, учёные преодолели две основных преграды в работе с графеном: масштабируемость и неустойчивость материала. С точки зрения эксплуатационных характеристик новая разработка тоже не подвела: получившийся фильтр успешно очищает воду от 100% биологических загрязнителей.
«Цель [исследования] заключалась в удалении загрязнителей из воды без выделения [в неё] каких-либо проблемных химических остатков. Созданный нами аэрогель сохраняет свою структуру, располагаясь внутри системы очистки воды, и может применяться в самых разных очистительных системах», – объясняет соавтор работы профессор Нирупам Айч (Nirupam Aich) из Университета Буффало.
Напомним, что аэрогель – это ультралёгкий и ультрапористый материал, который получают, замещая жидкости в составе геля газом. Так получается твёрдая и практически невесомая структура, которая сохраняет изначальный объём.
Аэрогель можно сравнить с привычным пенопластом: он очень пористый и лёгкий, но при этом жёсткий и устойчивый к внешним воздействиям материал.
Графен – уже ставший легендой материал, который не нуждается в лишних представлениях. Он представляет собой решётку из атомов углерода толщиной всего в один атом.
Чтобы придать чернилам для печати на 3D-принтере нужную консистенцию, учёные использовали два дополнительных полимера: синтетический полидофамин и бычий сывороточный альбумин.
Эксперименты показали, что новый аэрогель удаляет из воды некоторые тяжёлые металлы вроде свинца и хрома, которые часто находят в питьевой воде. Также полученный материал успешно очистил воду от органических красителей, таких как катионный метиленовый синий и анионный синий Эванса, и от органических растворителей, таких как гексан, гептан и толуол.
Этот аэрогель настолько лёгок, что обычная салфетка выдерживает вес таблетки из него.
Учёные пропустили органические растворители через графеновый фильтр целых десять раз, чтобы продемонстрировать потенциал его повторного использования. Каждый раз аэрогель удалял 100% растворителей.
Исследователи отметили, что в случае с красителем метиленовым синим фильтрационная способность материала падала на 2-20% к третьему циклу очистки.
Также создатели материала показали, что в отличие от плоских нанолистов графена, их аэрогель можно напечатать на 3D-принтере практически в любом масштабе. Это позволит использовать инновационный аэрогель в больших объёмах, например, на крупных очистных сооружениях.
К тому же, по словам разработчиков, графеновый фильтр можно использовать несколько раз, и он сам при этом не разрушается, а значит, не добавляет в очищаемую воду никаких посторонних соединений.
Теперь учёные планируют создать подобный аэрогель с внедрёнными в него наночастицами металлов: такие структуры смогут фильтровать не только биологические, но и химические загрязнители. Также они планируют запатентовать своё изобретение для использования в промышленности.
Исследование было опубликовано в издании Environmental Science: Nano.
Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим«.
Графен – «звезда» кристаллографии | Новости ООН
Одним из самых интересных научных открытий последних лет является графен – новая форма углерода, которая формирует невероятно тонкую кристаллическую сетку атомов. По своей прочности она в 200 раз крепче стали. Всего за несколько лет графен обрел прочную репутацию среди ученых, он также находит ценное практическое применение. Сетчатка графена с успехом была использована учеными в Великобритании для очистки радиоактивных отходов. Созданы прототипы новых батарей с использованием графена, которые в десятки раз превосходят по своей энергоемкости существующие щелочные. По решению Генеральной Ассамблеи ООН 2014 год был объявлен Международным годом кристаллографии, в область изучения которой попадает и графен. Профессор Росица Якимова из Линкьопинского университета в Швеции считает, что в течение ближайшего десятилетия графен может произвести революцию в сфере новых технологий. С ней побеседовал Никола Крастев.
*****
РЯ: Об этом материале уже написано много, с большой скоростью появляются новые статьи. В основе всего этого интереса лежат необычайные свойства графена – это совершенно новый класс материала.
НК: В чем его инновационность?
РЯ: Дело в том, что графен – первый двумерный материал, он существует всего лишь в двух измерениях, поскольку толщина кристаллической сетки углерода составляет всего лишь один атом. Графен, так сказать, растет только в ширину и длину, это невероятно тонкий слой. На сегодня графен – самый тонкий материал, который когда-либо был изолирован, толщина, как я уже сказала – всего лишь один атом углерода. Это первое.
Второе, графен – исключительно крепкий материал, его трудно разорвать, он в 200 раз крепче, чем сталь. Именно по причине невероятной своей прочности, предполагается, что у графена огромный потенциал для применения в самых разных технологических направлениях. Графен прекрасно проводит электричество и обладает такими свойствами своей электронной сетки, которые очень интересны для создания новых приборов.
Возможное приложение графена находится пока на теоретической стадии, потому что производство этого материала весьма сложно и не достигло уровня массового производства. Однако в силу большой подвижности электронов в графене можно с уверенностью предсказать создание сверхскоростных транзисторов, которые могут заменить существующие в компьютерах транзисторы на кремниевой основе.
Это даст возможность уменьшить размеры и в то же время увеличить плотность этих приборов, и, что самое интересное, – уменьшить на порядок потребление энергии. Графен – очень многообещающий материал.
НК: С чем это связано и как были обнаружены необычайные свойства графена?
Профессор Росица Якимова
РЯ: Это связано, прежде всего, с его кристаллической структурой: атомы углерода расположены в виде решетки, напоминающей медовые соты. Такое расположение обеспечивает исключительно прочную атомную структуру.НК: Профессор Якимова, для меня, как обычного человека, довольно необычно выглядит сам факт, что это форма самого обычного вещества – углерода. Почему эта форма углерода была обнаружена так поздно – менее 10 лет назад?
РЯ: На самом деле о существовании графена теоретически стало известно еще в 1947 г. Энергетическая структура графена была предсказана и рассчитана канадским ученым Филиппом Уоллесом. В то время активно проводились исследования свойств разных форм графита. Тот же углерод может образовать обычный графит, из него созданы также алмазы, а в определенных своих модификациях тот же углерод превращается в графен. Все зависит от термодинамических условий, при которых одни и те же атомы образуют связь между собой разными способами.
НК: Расскажите, пожалуйста, в чем состоят трудности практического приложения этого материала?
РЯ: Несмотря на то, что теоретически графен был предсказан еще в 1947 году, в то время он не был разработан. Ученые в то время считали, что такой исключительно тонкий, двумерный материал не может существовать в природе по причине того, что он был бы нестабильным. Предполагалось, что в таком тонком состоянии графен будет распадаться под влиянием окружающей среды. Поэтому никто и не пытался его создать.
Однако в 2004 году графен был впервые изолирован при помощи обычной клейкой ленты, которую прижимали к обычному блоку графита. То, что оставалось на ленте, было один или два слоя графита, который приобретал уже совершенно другие, отличные от графита физические свойства. Это и есть графен.
Графен. Использование интеллектуального бурового раствора для добычи сланцевой нефти — Геологоразведка
PlatDrill классифицирован как «легко» биоразлагаемый буровой раствор с нетоксичным рейтингом
ИА Neftegaz.RU. Способность графена вытягивать с высокой скоростью радиоактивные материалы из водных растворов обнаружили ученые лабораторий из МГУ и Университета Райса (США) еще в 2013 г.
Это свойство графена можно использовать не только при очистке мест, зараженных радиацией, как на АЭС Фукусима, но и для усовершенствования технологий по добыче сланцевых углеводородов, нефти и газа.
Для добычи сланцевой нефти или сланцевого газа используется технология гидравлического разрыва пласта (ГРП, фрекинг).
Хотя сланцевая нефть стала устойчивым словосочетанием в нефтянке, грамотнее говорить — нефть из низкопроницаемых коллекторов.
В ходе техпроцесса ГРП в горизонтальную шахту загоняется под давлением жидкость (смесь воды, песка и ряда химических соединений).
Под воздействием этой жидкости на внутренней поверхности сланцевых штреков образуются высокопроводимые трещины, что обеспечивает приток добываемого флюида (нефти, газа и тд) к забою скважины.
Печально, что это дорого и неэкологично, потому что среди прочего высвобождаются и натуральные радионуклеиды.
Эти самые радионуклеиды и можно очищать оксидом графена.
Микроскопические чешуйки оксида графена быстро связывают радионуклиды различного происхождения и собирают их отдельные ионы в твердые тела.
Эти чешуйки легко растворяются в воде и, вытянув из нее радиоактивные вещества, собираются в комья, которые легко извлечь и каким-нибудь образом утилизировать — например, сжечь.
Оксид графена появился вскоре после графена.
Он дешевле самого графена, может использоваться в качестве катализаторов, в электронике, медицине, умеет связывать токсины и тд.
Чешуйки оксида графена синтезировались группой Д.Тура в далекой Америке, а эксперименты с ними проводились в лаборатории дозиметрии и радиоактивности окружающей среды химического факультета МГУ, руководил которой С. Калмыков.
Радиоактивные примеси выпадали в осадок за считанные минуты.
В 2015 г. компания Graphene NanoChem PLC сообщила о тестировании интеллектуальной жидкости PlatDrill , которую можно использовать при ГРП, и которая на 25% более биоразлагаема, чем отраслевые требования.
PlatDrill представляет собой обогащенный графеном буровой раствор, разработанный для:
— обеспечения лучших эксплуатационных характеристик при меньшем воздействии на окружающую среду,
— улучшения смазывающей способности, несущей способности и более высоких свойств по вязкости.
Он предназначен для удовлетворения потребностей нефтегазовой промышленности в экологически чистых биоразлагаемых продуктах, которые удовлетворяют как экологическим, так и функциональным требованиям для наземных и морских операций бурения и добычи.
Решения PlatDrill ™ «smartfluid», выполненные с использованием возобновляемых источников и усиленные графеновыми наноматериалами, предназначены для работы в широком диапазоне условий бурения, в том числе при высоком давлении и высокой температуре, с улучшенной способностью к биологическому разложению и низкой токсичностью.
— уменьшить повреждение скважины;
— производить более тонкие фильтрационные корки;
— уменьшить потери жидкости в поры горных пород;
— сохранить первоначальное давление горной породы;
— уменьшить износ буровых инструментов;
— уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.
Совет научных и промышленных исследований, входящий в состав Национального института океанографии в Индии, проводил испытания PlatDrill и пришел к выводу, что биоразлагаемость PlatDrill на уровне 84,81% примерно на 25% выше, чем стандарт, установленный Организацией экономического сотрудничества и развития.
Graphene NanoChem утверждает, что на основе этой высокой скорости биологического разложения, серия PlatDrill была классифицирована как «легко» биоразлагаемая с нетоксичным рейтингом.
«Легко» биоразлагаемый относится к веществу, которое разлагается эффективно и полностью.
В январе 2017 г. Graphene NanoChem пописала 1й контракт на поставку 4 000 баррелей PlatDrill на рынке сланцевого газа в Китае на сумму около 360 000 долл США.
Буровой раствор будет использоваться при ГРП на скважинах в Чаннинге (Changning) на юго-востоке Китая.
Ожидается , что в перспективе PlatDrill заменит до 120 т бурового раствора на нефтяной основе.
Применение графена: для чего используется графен?
Графен представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенный в виде сот. Графен считается самым тонким, прочным и наиболее проводящим материалом как для электричества, так и для тепла. Все эти свойства привлекают внимание исследователей и представителей бизнеса по всему миру, поскольку графен может произвести революцию в целых отраслях промышленности — в таких областях, как электричество, проводимость, производство энергии, батареи, датчики и многое другое.
Механическая прочность
Графен — самый прочный материал в мире, и его можно использовать для повышения прочности других материалов. Десятки исследователей продемонстрировали, что добавление даже незначительного количества графена к пластмассам, металлам или другим материалам может сделать эти материалы намного прочнее или легче (поскольку вы можете использовать меньшее количество материала для достижения той же прочности).
Такие композитные материалы, усиленные графеном, могут найти применение в аэрокосмической отрасли, строительных материалах, мобильных устройствах и многих других приложениях.
Тепловые приложения
Графен является наиболее теплопроводным из всех обнаруженных на сегодняшний день. Поскольку графен также является прочным и легким, это означает, что он является отличным материалом для создания решений для распределения тепла, таких как радиаторы или пленки для рассеивания тепла. Это может быть полезно как в микроэлектронике (например, чтобы сделать светодиодное освещение более эффективным и долговечным), так и в более крупных приложениях — например, термопленка для мобильных устройств. Например, в последних смартфонах Huawei используются термопленки на основе графена.
Накопитель энергии
Поскольку графен является самым тонким материалом в мире, он также имеет чрезвычайно высокое отношение площади поверхности к объему. Это делает графен очень перспективным материалом для использования в батареях и суперконденсаторах. Графен может позволить использовать батареи и суперконденсаторы (и даже топливные элементы), которые могут хранить больше энергии и заряжаться быстрее.
Преимущества графеновых батарей
Покрытия, датчики, электроника и многое другое
Графен имеет многообещающие возможности для дополнительных приложений: антикоррозионные покрытия и краски, эффективные и точные датчики, более быстрая и эффективная электроника, гибкие дисплеи, эффективные солнечные батареи, более быстрое секвенирование ДНК, доставка лекарств и многое другое.
Графен — такой отличный и базовый строительный блок, что кажется, что любая промышленность может извлечь выгоду из этого нового материала. Время покажет, где графен действительно окажет влияние — или будут ли другие новые материалы более подходящими.
Композиты и покрытия — Графен
Графен — это материал с огромным количеством выдающихся качеств; прочность, гибкость, легкий вес и проводимость.
Один из самых простых и эффективных способов использовать потенциал графена — это объединить его с существующими продуктами — так называемыми композитными материалами.
Влияние композитов на основе графена будет отражаться во многих отраслях промышленности, повышая производительность и расширяя возможности применения.
Университет создал критическую массу исследователей, которые работают в самых разных областях и сотрудничают с коммерческими партнерами, чтобы раскрыть преимущества графеновых композитов в различных формах.
Будущее без ржавчины
Исследователи из Манчестерского университета уже продемонстрировали потенциал будущего без ржавчины.
Путем объединения графена с краской образуется уникальное графеновое покрытие, которое может сигнализировать о прекращении разрушения кораблей и автомобилей из-за ржавчины.
Защита от атмосферных воздействий и упаковка
Та же самая технология может быть применена к кирпичу и камню, к атмосферостойким домам или даже к упаковке пищевых продуктов, чтобы остановить перенос молекул воды и кислорода, вызывающий улетучивание пищи.
Дополнительные преимущества дает включение композитов на основе графена в основные компоненты в таких отраслях, как строительство, транспорт или авиакосмическая промышленность.Благодаря постоянным исследованиям, проводимым совместно с коммерческими сотрудниками, ученые Манчестерского университета движутся к реалистичному будущему, в котором потенциал становится реальностью.
Графен для спорта
Спортивные товары часто являются первыми, кто занимается разработкой новых материалов, что уже имело место в случае успешной теннисной ракетки с усиленным графеном от Head. В ближайшем будущем композиты и покрытия на основе графена могут быть в дальнейшем задействованы в усовершенствовании спортивного оборудования для лыжного спорта, велоспорта и даже Формулы-1.
Самый легкий, самый сильный, самый безопасный, самый зеленый
Композитное крыло самолета на основе графена может значительно снизить вес, уменьшить вредное воздействие удара молнии и повысить топливную экономичность и дальность полета. Это может привести к созданию самого легкого, самого сильного, безопасного и самого зеленого самолета в мире.
60 применений графена — полное руководство по (потенциальным) приложениям графена в 2019 г.
Для многих Эксперты, графен — это материал будущего.Его научное определение может считаться несколько сложным, но правда в том, что свойства этого материал открывает новые горизонты в мире технологий.
Читать: Окончательное руководство по графену: все, что вам нужно знать о графене
Графен представляет собой материал, состоящий из чистого углерода, похожего на графит, но с характеристики, которые делают его необычайно легким и прочным. Лист одного квадратный метр графена весит 0.77 миллиграммов. Его сила в 200 раз больше, чем у стали, и его плотность аналогична плотности углеродного волокна. Все это делает его устойчивым к высоким изгибающим силам, не ломаясь. Это один из самые проводящие материалы для электричества и тепла, что делает его идеальный материал для электроники и многих других отраслей.
Его приложения практически безграничны и обещают произвести революцию во многих областях: от электроника и вычисления для строительства или даже здравоохранения.Вы можете найти почти все применения графена в этом списке — некоторые уже коммерциализированы, некоторые нужны годы, чтобы материализоваться.
Напоминание: Графен не зря называют «чудо-материалом». Есть десятки исследования о нем, которые еще не опубликованы, но могут изменить мир завтра. С другой стороны, некоторые из потенциальных приложений, которые мы перечисляем здесь могут быть опровергнуты и в будущем. По этой причине мы не можем утверждать, что этот список включает в себя все применения графена, но, несомненно, это одно из наиболее исчерпывающих списков приложений графена вы можете найти онлайн.
Отказ от ответственности: содержание этого сообщения или любых других связанных материалов предназначено только для информационных целей и не должно восприниматься как медицинский или технический совет.
Путеводитель по списку:
Graphene’s Применение в энергетике: позиции 1-6
Graphene’s Применение в медицине: позиции 7-22
Graphene’s Применение в электронике: позиции 23-34
Graphene’s Применение в пищевой промышленности: позиции 35-39
Graphene’s Применение в спорте: позиции 40-45
Другое Применение графена: позиции 46-60
Применение графена в энергетике
1.Графен в солнечных элементах
Идея разработки более легких, гибких и прозрачных солнечных батарей существует уже некоторое время, но найти материал, обладающий всеми свойствами и способный нести ток был проблемой. Оксид индия и олова использовался, потому что он был прозрачным, однако она не была гибкой, поэтому ячейка должна была оставаться жесткой.
В 2017 году исследователям из Массачусетского технологического института удалось успешно применить графен. на солнечной батарее. Когда они сравнили графеновый солнечный элемент с другими, сделанными из Алюминий и оксид индия и олова, они увидели, что он не хуже элемента ITO, и немного хуже Al по плотности тока и преобразованию мощности эффективность.Однако ожидается, что прозрачная ячейка будет работать с более низкими характеристиками. чем на основе алюминия, который непрозрачен.
Хотя электрические свойства не были прорывом, солнечный элемент, который может быть установка на любую поверхность (автомобили, одежду, бумагу, мобильные телефоны и т. д.) который является гибким и прозрачным. Более того, другие ученые пытаясь выяснить, могут ли графеновые солнечные элементы генерировать энергию из капель дождя, что теоретически кажется возможным.
Читать: Использование графена в солнечных элементах
2. Графеновые батареи
Графен улучшенные литий-ионные аккумуляторы демонстрируют невероятные характеристики, такие как более длительный срок службы, более высокая емкость и более быстрое время зарядки, а также гибкость и легкость, чтобы его можно было использовать в носимой электронике.
Чтение: Литий-ионные батареи и графеновые батареи
3.Графен в атомных электростанциях
Тяжелый вода, используемая на атомных электростанциях для охлаждения реакторов, обходится дорого. производят и вызывают выбросы в миллион тонн CO2 во время производства. Исследователи из Манчестерского университета обнаружили, что существует более экологичный и недорогой метод производства тяжелой воды: графен. мембраны. Руководитель группы д-р Лозада-Идальго считает, что это нововведение чрезвычайно важен, и его внедрение в атомную промышленность будет в ближайшее время хотя эта отрасль обычно скептически относится к новым технологиям.
Читать: Графен для атомных электростанций
4. Графен в термоэлектрике
Seebeck Эффект определяется как термоэлектрический эффект, возникающий при воздействии тепла на один из двух разнородных электрических проводников (или полупроводников) для перемещения электроны от горячей части к более холодной части и производят электричество. Однако энергия, генерируемая этим методом, действительно мала, обычно количественно в микровольтах. Тем не менее, считается, что его можно использовать с пользой. от тепла, выделяемого двигателями, которое практически тратится впустую.Графен может использоваться для усиления эффекта Зеебека, создаваемого титанатом стронция, почти до 5 раз.
5. Графен при перегонке спирта
Графен физические свойства настолько интересны и уникальны, что позволяют большой воде молекулы, чтобы пройти, но останавливают молекулы гелия, которые могут просочиться через стекло. Андре Гейм (один из изобретателей графена) и Рахул Наир из Манчестерский университет попытался запечатать бутылку водки графеном мембрану, которую они разработали, и обнаружили, что графен может эффективно перегонять этанол даже при комнатной температуре и без вакуум, необходимый для методов дистилляции.Эта область использования может быть используется в производстве алкогольных напитков, топлива, очистки воды и так далее.
6. Графен в топливных элементах
Даже атомы водорода, известные как самый маленький атом, не могут проходить через графен. В другое исследование, сэр Андре Гейм и его команда проверили, будут ли протоны заблокирован графеном или нет. Удивительно, но протоны могли проходить через графен. Это свойство улучшит характеристики топливных элементов за счет снижения расхода топлива. кроссовер, который является серьезной проблемой для топливных элементов, что снижает срок службы и эффективность.
Читать: Разработка топливных элементов с нанотехнологиями
Применение графена в медицине
Читать: Применение графена в медицине
7. Графен в доставке лекарств
Функционализирован графен может использоваться для переноса химиотерапевтических препаратов к опухолям у онкологических больных. Носители на основе графена лучше нацелены на раковые клетки и снижение и снижение токсичности пораженных здоровых клеток.Доставка лекарств не ограничиваясь лечением рака, также носят противовоспалительные препараты комбинациями графена и хитозана и дала многообещающие результаты.
8. Графен в лечении рака
Графен также может обнаруживать раковые клетки на ранних стадиях заболевания. Более того, это может остановить их дальнейшее развитие при многих типах рака, вмешиваясь в правильное образование опухоли или вызывающая аутофагию, которая приводит к гибель раковых клеток.
Читать: Графен демонстрирует потенциал в качестве новой противораковой терапевтической стратегии
9. Графен в доставке генов
Ген Доставка — это метод, используемый для лечения некоторых генетических заболеваний путем внесения чужеродной ДНК в клетки. Для этих целей можно использовать оксид графена, модифицированный полиэтиленимином. Ожидается, что цели будут демонстрировать низкую цитотоксичность, как и при доставке лекарств. дело.
10. Графен в фототермической терапии
Фототермический терапия (PTT) — это подход, используемый для устранения аномальных клеток в целевых область тела путем облучения специальным веществом, создающим тепло, способное разрушая эти клетки.Оксид графена увеличивает эффективность PTT на количество способов. Во-первых, с его помощью можно переносить химиотерапевтические препараты в больницу. опухолевые клетки, когда они одновременно подвергаются ЧТВ. Комбинирование химиотерапии и подобный PTT более эффективен, чем использование одного из этих подходов. А нанокомпозит восстановленного оксида графена (QD-CRGO) может быть использован во время PTT для биоимиджинг раковых клеток. Более того, в своих исследованиях группа ученых из Техасского технологического университета и Техасского университета A&M показали, что использование оксида графена, функционализированного биосовместимым порфирином, в качестве платформа для PTT при раке мозга убила больше раковых клеток, чем PTT в одиночку, не причиняя вреда здоровым клеткам.
11. Графен в мониторинге диабета
Ученые из Университета Бата разработали тест для мониторинга уровня глюкозы в крови. который не прокалывает кожу, в отличие от применяемых в настоящее время тестов на укол из пальца. Этот патч, включающий датчик графена, может работать на небольшой площади, содержащей хотя бы один волосяной фолликул. Он обнаруживает глюкозу, вытягивая ее из жидкости присутствует между ячейками. Это не только прекращение болезненных методов крови. мониторинг сахара, но также ожидается, что это повысит точность результатов.
12. Графен в диализе
Графен мембраны полезны не только для энергетики, атомной и пищевой промышленности. А группа исследователей из Массачусетского технологического института показала, что графен можно использовать для фильтрации кровь из отходов, лекарств и химикатов. Превосходство графена в в данном случае она в 20 раз тоньше традиционных мембран, что приводит к к значительному сокращению времени пребывания пациентов на диализе.
Читать: Улучшение процесса диализа с помощью графена
13.Графен в костях и зубах Имплантация
Гидроксиапатит, форма апатита кальция, материал, используемый в качестве синтетического заменителя кости для регенерированных костных и зубных тканей. Графен в сочетании с гидроксиапатитом и хитозан, показали повышение прочности, коррозионной стойкости, гибкость и механические и остеогенные свойства заменителя при по сравнению с одним только HAp.
14. Графен в тканевой инженерии и клеточной терапии
Кости являются не единственная ткань, которую может вылечить графен.Было показано, что некоторые формы графена быть совместимым с человеческими остеобластами и мезенхимальными клетками человека, показывая сходные свойства с физиологическим микроокружением клеток. Клетки выросли с помощью этого метода продемонстрировал лучший рост, распространение и дифференциацию будучи неэффективным для жизнеспособности клеток. Стволовые клетки особенно важен в реинжиниринге тканей для улучшения жизни людей с нейрональные нарушения или нейродегенеративные заболевания.
15.Графеновые УФ-датчики
УФ-датчики используются для обнаружения опасных уровней ультрафиолетового излучения, которые могут привести к проблемам с кожей или даже к раку. Однако это не единственное использование УФ-излучения. датчики, они используются в вооруженных силах, оптической связи и а также экологический мониторинг. Сам по себе графен может не давать высоких результатов. светочувствительность, но когда она сочетается с другими материалами, они создают гибкие, прозрачные, экологически чистые и недорогие УФ-датчики, которые в ближайшем будущем приведет к появлению таких технологий, как носимая электроника.
Читать: Графеновые УФ-датчики
16. Графен для мозга
Загадки о мозге еще полностью не раскрыто. На основе графена Технологии могут позволить ученым раскрыть многие неизвестные, регистрируя электрическую активность мозга. Это новое устройство способно слышать частоты ниже пределов старых технологий, и это не мешает функционирование мозга. Помимо исследований того, как работает мозг, технологии могут помочь ученым понять причины эпилепсии судороги и разработать методы лечения пациентов.Более того, открывая больше о мозге может привести к разработке новых интерфейсов мозг-компьютер, которые используются во многих областях, включая контроль протезирования конечностей.
17. Графен в диагностике ВИЧ
Несмотря на все улучшения, есть много недостатков в текущем диагнозе ВИЧ методы. Они могут обнаружить антитела в организме почти месяц спустя. пациент был инфицирован, или они могут обнаружить сам вирус, однако эти методы требуют времени на обработку и более дорогие по сравнению к методу антител.Биосенсор из кремния или графена, содержащий наночастицы золота, был разработан Испанской национальной Исследовательский совет, который нацелен на p24, антиген, обнаруженный в ВИЧ. Новый метод может обнаружить вирус только через неделю после заражения и на уровне 100000 раз ниже, чем можно заметить по текущим тестам. Более того, результаты тесты готовы в течение 5 часов после тестирования.
Читать: Самая быстрая диагностика ВИЧ с помощью наночастиц золота и графена
18.Графен Биосенсоры
Один из Преимущество графена заключается в его способности обнаруживать минимальные количества веществ. С его помощью можно обнаружить даже одну молекулу в большом объеме. Биосенсоры изготовленные из графена, оксида графена или восстановленного оксида графена проявляют сверхчувствительные свойства, когда обнаружение ДНК, АТФ, дофамина, олигонуклеотидов, тромбина и различных атомов. Есть несколько медицинских компаний, которые уже продают медицинские датчики, изготовленные из графен.
Чтение: Датчики здоровья из графеновых листов
19. Графен Бактерицид
Графен является великолепным бактерицидным материалом, поскольку он предотвращает образование микроорганизмы, такие как бактерии, вирусы и грибы, повреждая их клетки мембраны между его внешними слоями. По сравнению с различными производными Графен, оксид графена и восстановленный оксид графена показывают лучшие результаты антибактериальные эффекты.GO также можно использовать в качестве соединения с наночастицами серебра для повышения антибактериальных свойств. Еще больше.
20. Графен в контроле над рождаемостью
Графен обладает всеми качествами, которые требуются от презерватива: он гибкий, экстра сильный и очень тонкий. Исследователи из Манчестерского университета поработали по разработке «супер презерватива» сделаны из графена и латекса вместе взятых. Исследование получило большое финансирование, в том числе от Фонда Билла и Мелинды Гейтс.
21. Графен глухонемых
Группа Китайские ученые разработали носимое биоинтегрированное устройство, которое может переводить язык жестов в текст и разговорный язык. Устройство использует невероятная проводимость и гибкость графена.
Чтение: Новый способ общения глухонемых с трехмерным графеном
22. Графен в сканированных изображениях тела
В отличие от рентгеновских лучей, Зубцы Т, которые можно использовать для сканирования тела, безвредны для человеческого организма.Однако здесь есть одна загвоздка. Т-волны или ТГц излучение трудно обнаружить одновременно. и сгенерировать. Хорошая новость в том, что с помощью некоторых модификаций и других материалы, CVD графен может успешно обнаруживать ТГц излучение. Это не только приведет к более безопасному сканированию тела, но также и невероятно более быстрый интернет в будущем.
Применение графена в электронике
Чтение: Использование графена в электронике
23.Графен в генерации света
Исследователи в Массачусетском технологическом институте обнаружили, что когда свет падает на поверхность графена, он замедляется и фотоны начали двигаться со скоростью, очень близкой к скорости электронов которая увеличивается при движении по графену. Это совпадение позволяет преодолевает световой барьер для электронов и создает свет. Преимущество этого метод по сравнению с обычными способами генерации света, такими как флуоресцентный или Ожидается, что светодиоды будут более эффективными, быстрыми, компактными и управляемый, и похоже, что получение света из графена будет ключевым веха в разработке компьютерных микросхем еще меньшего размера, более быстрых и эффективных.
24. Графеновые транзисторы
Новые супертранзисторы, которые заменяют кремний графеном, могут увеличить скорость компьютеров до в тысячу раз по сравнению с нынешними технологиями. Увеличение скорости компьютеры — это решающий шаг к совершенствованию многих технологий, включая, помимо прочего, блокчейн, моделирование космического пространства, роботы и фондовые рынки.
Читать: Самый быстрый в мире транзистор с графеном
25.Графен в водонепроницаемой электронике
Одна из основных проблем электронных устройств, которых люди боятся. падает в воду. Вместо того, чтобы накрывать устройство плотно прилегающей винты, графен предлагает отличное решение этой проблемы. Инженеры из Университет штата Айова напечатал схемы устройства с помощью графеновых хлопьев потому что графен прозрачный, прочный и проводит электричество. Графен хлопья расположены в определенном порядке, а непроводящие связующие используются для объедините их, чтобы улучшить проводимость.Как и в большинстве областей применения, Графен снова предлагает отличное решение этой проблемы.
26. Графен in Wearable Electronics
Исследователи ищут новые способы питания носимых устройств. Один из выдающийся способ — это гибкие батареи, напечатанные на ткани с помощью графена. Это позволяет людям разряжать батареи и заряжать свои смартфоны или буквально другие устройства. Если этого удастся достичь, это будет экологически чистый и умный электронный текстиль, способный накапливать энергию.Проведение тяжелые аккумуляторы или зарядные устройства войдут в историю с изобретением этого удивительного идея.
27. Графен для сенсорных экранов
Оксид индия и олова (ITO) коммерческий продукт, используемый в качестве прозрачного проводника для смартфонов, планшетов, и компьютеры. Исследователи из Университета Райса разработали Тонкая пленка на основе графена для использования в сенсорных экранах. Установлено, что Тонкая пленка на основе графена превосходит ITO и любые другие материалы с точки зрения производительность, потому что он имеет меньшее сопротивление и большую прозрачностьТаким образом, Графен — это новый материал-кандидат на замену ITO.
28. Графен в гибких экранах
Мир технологий были бы одними из больших бенефициаров стандартизации графен в качестве материала для использования в таких продуктах, как смартфоны или таблетки. Это был бы решительный шаг к продвижению в мире смартфоны.
Недавно, Китайская компания выпустила гибкий смартфон с графеновым прикосновением экран.Поскольку один слой графена прочный, легкий, прозрачный и очень токопроводящий, он отвечает всем требованиям, предъявляемым к производству смартфонов. Смартфон китайской компании имеет возможность заворачивать твист полностью и весит всего 200 грамм, что обеспечивает идеальное удобство для использования. Однако производство графена в промышленных масштабах стоит дорого. относительно других материалов, используемых в смартфонах. Исследователи ищут способы производства графена с меньшими затратами.Когда эта проблема и некоторые другие решено, старые телефоны, похоже, заменяются этими гибкими смартфонами в будущее.
Откройте для себя проект Greengraphene от Nanografi, качественный графен экологически чистыми методами и минимальными затратами: Проект-победитель EU Horizon2020 от Nanografi: GREENGRAPHENE
29. Графен на жестких дисках и в памяти
Обычно, графен не считается магнитным, по крайней мере, в управляемом или полезном способ.В 2015 году исследователи из Лаборатории военно-морских исследований США нашли способ превратить графен в надежный и управляемый электромагнитный материал. Если это нововведение будет использовано в жестких дисков, его емкость, как ожидается, будет почти в миллион раз больше, чем то, что мы используем сегодня.
30. Графен в Elastic Robots
Команда исследователи разработали гель, чувствительный к ближнему инфракрасному свету, поэтому что его можно использовать во многих приложениях при создании гибких или эластичные роботизированные детали.Змеиный роботы, созданные с помощью этого метода, могут изменять свою форму без каких-либо силы извне. Их будущие приложения могут варьироваться от от поисково-спасательных до медицинских операций.
31. Графен как сверхпроводник
Ученые обнаружили что графен также может использоваться как сверхпроводящий материал. Два слоя Графен может проводить электрон без какого-либо сопротивления. Это может быть достигается путем скручивания этих двух слоев графена под «магическим углом», который равно 1.1 °. Большинство сверхпроводящих материалов проявляют свои свойства при температуры, близкие к абсолютному нулю. Даже высокотемпературный сверхпроводящий материалы по сравнению с обычными могут работать при температуре около -140 ° C. Другими словами, эти сверхпроводящие материалы требуют огромных затрат энергии для охлаждения. Если графен может использоваться как сверхпроводящий материал при температурах, близких к комнатной. температура, это будет огромная революция для многих областей применения.
32. Графен в оптоэлектронике
Исследователи работают над новым материалом для оптической связи, так как энергия и Потребляемая мощность увеличивается с течением времени.Исследование, проведенное сотрудничество разных университетов показало, что интеграция графена с кремнием может превзойти нынешнюю кремниевую фотонную технологию. Как он может победить текущее состояние искусства? Потому что устройства из графена дешевле, проще и работают на больших длинах волн. По всей видимости, графен представит низкоэнергетический оптическая связь и многие другие удобные оптические системы.
33. Графен в оптических датчиках
Графен имеет множество прорывов в промышленности и науке благодаря своей супер характеристики.Исследователи пытались уменьшить свет, чтобы сделать оптические датчики. меньше. Недавно Институт фотонных наук (ICFO) в Барселоне, с в сотрудничестве с командой Graphene Flagship, проведено исследование что объясняет уменьшение света до толщины всего одного атома, что составляет многие исследователи считали это невозможным. Это открытие приведет к огромный шаг в создании сверхмалых оптических датчиков и переключателей.
34. Графен Датчики безопасности
Один из Первым практическим и реальным применением графена были защитные этикетки.Вместо громоздких датчиков, которые так много магазинов, датчики, сделанные из графена, меньше, более эстетичны, способны сгибаться, не повреждая цепь, и стоит всего пару центов за тег.
Применение графена в пищевой промышленности
35. Графен в упаковке пищевых продуктов
Графен также может использоваться в качестве материала покрытия, поскольку он предотвращает перенос воды и кислорода. Можно использовать графеновые мембраны в пищевой или фармацевтической упаковке, сохраняя пищу и лекарства свежими для Долгое время.Это может показаться простым приложением, но оно может значительно уменьшить количество пищевых отходов, которые люди выбрасывают каждый день.
36. Графен в очистке воды
Обычно очистка воды — непростой процесс, поэтому процесс зависит от того, насколько сильно загрязнена вода. Австралийка Ученый нашел недорогой метод очистки воды за одну операцию. Графен на основе сои, который также называют «GrapHair», используется в качестве фильтра.Этот фильтр может сделать самую грязную воду пригодной для питья. это более эффективно, дешевле и экологичнее по сравнению с другими методами.
Читать: Использование графена в фильтрации воды
37. Графен в опреснении
Приблизительно, 97,5% всей воды на планете является соленой. Неважно как мы выкапываем много колодцев, из них пресная вода составляет лишь 2,5%. Фильтры основанные на сетках, в которых используется графен, дали потрясающие результаты.Университет из Манчестера использовали графен для изготовления фильтрующего сита с более высокой плотностью. и позволяет частицам воды проходить, но предотвращает образование солей.
38. Графен в защите растений
Графен отличный материал для сенсоров. Микродатчики могут изготавливаться благодаря уникальной структуре графена. Это может определить, опасна ли молекула для окружающей среды. Эти датчики могут быть использованы в пищевой промышленности, особенно в защите растений.Фермеры могут отслеживать и обнаруживать опасные и вредные газы для сельскохозяйственных культур, и они могут определить идеальные участки для роста урожая в зависимости от атмосферные условия и даже уровень влажности и «жажда» растений с помощью графеновых датчиков.
39. Графен для продовольственной безопасности
Исследования, проведенные Университетом Райса США, показали что лазерно-индуцированный графен можно наносить на различные вещества, такие как дерево, хлеб, кокос и др.Может показаться, что это вещество с нанесенным на него узором. чернилами, но это не так. Лазер науглероживает материал и науглероживает материал превращается в графен. Любой узор по желанию может быть достигается с помощью этой техники. Проблемы, связанные с продовольственной безопасностью, можно преодолеть по этой методике.
Применение графена в спорте
40. Графен in Обувь
Кроссовки Graphene? Да, хотя в данном случае не используются чисто другие композитные материалы. воспользуйтесь этим.Фактически, утверждается, что подошва из чистого графена может длиться сотни лет. Манчестерский университет и спортивный бренд Inov-8 разработали обувь с использованием графена, который увеличивает прочность подошвы и свойства гибкости на 50%. Эта обувь более прочная и впитывает удары, которые могут повредить кости и суставы.
41. Графен в шлемах
Идеал шлем будет прочным, устойчивым к ударам, прочным, удобным и легким.Графен невероятно прочный, легкий и гибкий. Он даже используется в бронежилеты, поэтому он точно может противостоять ударам. Благодаря этим свойствам, графен коммерчески используется в мотоциклетных шлемах.
42. Графен в шинах
Графен также используется для изготовления более интеллектуальных шин и компонентов спортивных велосипедов. Добавление графена к шинам велосипеда, очевидно, увеличивает сопротивление проколам и скорость, снижает сопротивление качению и делает их легче, прочнее, быстрее и более устойчивый.
Читать: Графеновые шины и графеновые тормозные колодки
43. Одежда из графена
Использование волокна графена в тканях обеспечивают антибактериальную и антистатическую одежду, которая может сохранить тепло и заблокировать УФ. Эти ткани можно использовать для создания уличных спортивная одежда, детские пижамы, отталкивающие почвенные бактерии, или даже домашние мебель для предотвращения развития бактерий на ее поверхности.
44. Графеновые ракетки
Графен может улучшить распределение энергии и вес ракетки при увеличении скорость и стабильность обслуживания. Производитель теннисного оборудования Head have уже разработала серию имеющихся в продаже ракеток, усиленных графен, названный «Графен 360», который уже используется звездами тенниса, такими как Новак Джокович и Саша Зверев.
45. Графен Электронные татуировки и отслеживание фитнеса
Графеновая электронная татуировка (GET) разработана учеными из Техасский университет.Во-первых, они более устойчивы к влаге, имеют большую эластичность — с возможностью увеличения или уменьшения до 40%, имеют общую толщиной 463 ± 30 нм и имеют оптическую прозрачность примерно 85%. Они как вторая кожа. Эти татуировки можно использовать для отслеживания пульса, температура, уровень гидратации, насыщение кислородом и даже уровень воздействия к УФ. Сферы их применения могут варьироваться от фитнес-трекинга до медицины.
Другие применения графена
46.Графен и шелк
Исследователи в Китае провели исследование для улучшения свойств шелка, который уже имеет отличные характеристики. Шелкопряды поедают листья белой шелковицы. Исследователи распылили раствор, имеющий 0,2 мкм. процентов графена на листьях, и пусть шелкопряды съедят эти листья. Выводы были многообещающими, потому что коммерческие шелкопряды, которых кормили опрысканными графеном листьями, в десять раз больше, чем у обычного тутового шелкопряда. Пока неясно, сколько графена переваривается тутовыми шелкопрями, это исследование будет иметь положительный результат. влияние на умную одежду, что является актуальной темой последних лет.
Читать: Кормление шелкопряда углеродными нанотрубками или графеном для вращения супер шелка
47. Графен в цементе
Потенциал Области применения графена со временем расширяются. Один из важных Возможное использование графена — это строительная промышленность, потому что графен прочный и легкий, что идеально подходит для строительства. Это может быть используется вместо стали, но прочность и вес — не единственные параметры.Основная проблема графена в том, что в графене очень быстро распространяется трещина. что может вызвать катастрофические сбои. Исследователи пытаются найти способы использование графена в строительстве. Группа исследователей из Университета Компания Exeter использовала графен в цементе в качестве армирующего материала и провела испытания. Как В результате получился бетон в 2,5 раза прочнее и в 4 раза менее водопроницаемый. получено, что доказывает, что графен может быть отличным армирующим материалом в строительство.
Читать: Использование графена в строительстве
48. Графен в изоляции
Графен может использоваться в качестве сверхпроводящего или изоляционного материала, когда два листа графена расположены на магический угол. Большинство металлических частей автомобилей, кораблей или самолетов страдают от ржавчина. Когда графен сочетается с краской, он может быть отличной изоляцией. материал для создания поверхностей без ржавчины. Другим применением может быть покрытие из кирпичи и камни.Таким образом можно построить водонепроницаемые дома.
Читать: Использование графена в строительстве
49. Графен в динамиках и наушниках
Динамик преобразует электричество в звук, вибрируя мембрану в воздухе. Графен используется для изготовления легких мембран с большой жесткостью. Кроме того, в наушниках используются небольшая диафрагма, усиленная графеном. GrapheneQ, наушники, разработанные компания ORA Sound легче и меньше, и в то же время он может достигать все громче и выше качественные звуки с меньшим энергопотреблением.
Чтение: Графеновый динамик
50. Графен в фотографии
Из-за его исключительные свойства и высокая чувствительность к ультрафиолету, видимому и инфракрасные лучи, графен кажется одним из идеальных материалов для проталкивания цифровая фотография и любая дисциплина, где оптические модуляторы и фоторецепторы задействованы. Датчики камер, усиленные графеном и квантовая точка может быть меньше и легче, обеспечивая при этом большее разрешение уровней, чем мог до сих пор любой маленький датчик.
51. Графен в автомобилестроении
необычайная прочность и твердость графена вкупе с его гибкостью, идеально подходит для создания автомобилей, невосприимчивых к ударам. Более того, Также могли быть созданы противоаварийные автомобили. Это приведет к прямому снижение смертности на дорогах. Графеновые автомобили, которые мы можем увидеть в автосалонах Ожидается, что в течение десятилетия они также станут дешевле и легче.
52. Графен в самолетах
Ученые из Великобритании разработали самолет, который включает графен в углеродное волокно. покрытие крыльев самолета.Модель самолета Просперо, был светлее, так как его было достаточно, чтобы покрыть крылья только одним слоем улучшенный композит. Он потребляет меньше топлива, лучше сопротивляется ударам и имеет более низкую экологические издержки.
Читать: Использование графена в аэрокосмической промышленности
53. Графен Краски
Каждые Художник знает это очень хорошо: влажность — враг живописи номер один. Графенстон — компания, которая производит решения для рисования графеном.Результат? Свет лучше отскакивает, защищает бочки и подвалы, поглощает 120 граммов CO 2 на квадратный метр и способна противостоять коррозии, вызванной контактом с металлами.
Читать: Использование графена в строительстве
54. Графен в баллистике
Кевлар используется при производстве бронежилетов, шлемов и защитной одежды. и даже оружие. Но графен гораздо более пластичен и с медицинской точки зрения безопаснее в случае аварии и контакта с кровотоком.Кроме того, кевлар и графеновые композиты легче изнашиваются и увеличивают поглощение тепла для защита волокон по сравнению с кевларом сам по себе.
Читать: Военное применение графена
55. Графен в военной защитной экипировке
Один из будущее использование графена предназначено для рук промышленность. В частности, его полезность будет направлена на защиту и защита.Из него можно было сделать шлемы, бронежилеты и многое другое. больше аксессуаров. Фактически, это может быть определяющим материалом для будущего. полицейских сил и армий.
Читать: Военное применение графена
56. Графен в тепловизионном и инфракрасном зрении
Отличный Прогресс, который мы могли увидеть, — это разработка графеновых линз, которые позволяют тепловое и инфракрасное зрение. Графен позволяет изготавливать такие ультратонкие устройства со встроенной камерой, которая дает пользователю инфракрасный и тепловизионный зрение.То, что до сих пор мы видели только в научно-фантастических фильмах.
57. Графен в машиностроении и смазочных материалах
Промышленные машины в основном страдают от трения, потому что трение влияет на долговечность, прочность, эффективность и срок службы машин отрицательно. Чтобы свести к минимуму эти эффекты, используются твердые или жидкие смазочные материалы. В последнее время графен, у которого есть бесчисленные потенциальные области применения, получил широкое распространение. начал светить на эту тему.Почему графен? Потому что он предлагает идеальное фрикционные и износостойкие свойства по сравнению с обычными материалами. Он также может служат в качестве твердой или жидкой смазки. Кроме того, наличие отличного химического инертность, гладкая и плотно упакованная поверхность делают графен отличным смазочным материалом.
Считывание: Отсутствие трения с помощью графена
58. Графен в защите от коррозии стекла
Одной из областей применения графена является то, что его можно использовать в качестве материал покрытия для стекла.Хотя стекло — материал с высокой устойчивостью к коррозия, она может подвергнуться коррозии при некоторых условиях, таких как высокая влажность или экстремальные значения pH. Кроме того, в некоторых областях жизненно важна долговечность стекла. например, в фармацевтической или оптической промышленности. Это предотвращает любой тип отказа такие как коррозия, окисление, электромагнитное излучение. Графен с высоким прозрачность и высокая химическая инертность могут быть перспективным материалом для защита стекла.
Читать: Защита стекла от коррозии с помощью графена
59.Графен в области радиационной защиты
Ученые пытались свести радиацию к минимуму, так как это очень опасно для здоровья человека. Для этого в качестве материала могут использоваться самые разные материалы. материал для защиты от излучения, но есть много параметров, которые влияют на эффективность экранирования. Графен известен как слабый поглотитель излучения, но ученые обнаружили, что он может быть отличным экранирующим материалом, когда его используют в многослойной форме, представляющей собой графеновые пластины.Графен — выдающийся материал для этой цели благодаря невысокой стоимости изготовления, небольшому весу и высокая эффективность по сравнению с любыми другими защитными материалами.
Чтение: Графеновая радиационная защита
60. Графен для антикоррозионных нефтегазовых труб
Подводные трубы используемый для перевозки нефти или газа, со временем подвержен коррозии, так как CO2 и вода иногда может проникать через внешние слои.Их ремонт стоит дорого, и если они ломаются из-за коррозии, они высвободят содержимое, которое может быть токсичен для водных организмов. Исследователи из Манчестерского университета и технологической компании TWI разработали покрытие с нанопластинки графена и протестировали его в условиях температуры и давления трубы окажутся под водой. В результате проницаемость для CO2 была уменьшилась на 90% и снизилась проницаемость для других коррозионных агентов, так как хорошо.
Не удалось найти применение графена, которое вы знать о? Или видели тот, который устарел и уже не действует? Графен — это новый материал с великолепными свойствами и десятки исследований по нему начаты или результат каждый день, поэтому мы могли пропустить один.
Напишите нам по адресу [email protected] , и мы добавим ваш вклад в список, со ссылкой на вас.
18 июля 2019 г. Özge Kutun, Erhan Öztemur, Arslan Safder
Применение и использование графена — Графенея
Применение и использование графена
Графен, широко разрекламированный и ныне известный двумерный углеродный аллотроп, является таким же универсальным материалом, как и любой другой открытый на Земле.Его удивительные свойства самого легкого и прочного материала по сравнению с его способностью проводить тепло и электричество лучше, чем что-либо еще, означают, что он может быть интегрирован в огромное количество приложений. Первоначально это будет означать, что графен используется для улучшения характеристик и эффективности существующих материалов и веществ, но в будущем он также будет разрабатываться вместе с другими двумерными (2D) кристаллами для создания еще более удивительных соединений, подходящих для этого. еще более широкий спектр приложений.Чтобы понять потенциальные применения графена, вы должны сначала понять основные свойства материала.
Впервые графен был произведен искусственно; ученые буквально взяли кусок графита и рассекли его слой за слоем, пока не остался только один единственный слой. Этот процесс известен как механическое отшелушивание. Полученный монослой графита (известного как графен) имеет толщину всего 1 атом и, следовательно, является самым тонким материалом, который можно создать, не становясь нестабильным при открытии для элементов (температуры, воздуха и т. Д.).). Поскольку графен имеет толщину всего 1 атом, можно создавать другие материалы, вставляя слои графена с другими соединениями (например, один слой графена, один слой другого соединения, за которым следует еще один слой графена и т. Д.). эффективно использовать графен в качестве атомной основы, из которой создаются другие материалы. Эти недавно созданные соединения также могут быть превосходными материалами, как и графен, но потенциально могут иметь еще больше применений.
2D-материалы
После разработки графена и открытия его исключительных свойств неудивительно, что интерес к другим двумерным кристаллам существенно возрос.Эти другие 2D-кристаллы (такие как нитрид бора, диселенид ниобия и сульфид тантала (IV)) могут использоваться в сочетании с другими 2D-кристаллами для почти неограниченного числа применений. Итак, в качестве примера, если вы возьмете соединение диборид магния (MgB2), который известен как относительно эффективный сверхпроводник, а затем чередуя его чередующиеся атомные слои бора и магния с отдельными слоями графена, это повысит его эффективность как сверхпроводника. Или еще один пример — объединение минерала молибденита (MoS2), который может использоваться в качестве полупроводника, со слоями графена (графен является фантастическим проводником электричества) при создании флэш-памяти NAND, чтобы разработать флэш-память, которая будет намного меньше по размеру и гибче, чем современные технологии (как это было доказано группой исследователей из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии).
Единственная проблема с графеном заключается в том, что качественный графен — отличный проводник, у которого нет запрещенной зоны (его нельзя отключить). Следовательно, чтобы использовать графен в создании будущих наноэлектронных устройств, в нем необходимо будет создать запрещенную зону, которая, в свою очередь, снизит подвижность его электронов до уровней, наблюдаемых в настоящее время в напряженных пленках кремния. По сути, это означает, что необходимо провести будущие исследования и разработки, чтобы в будущем графен заменил кремний в электрических системах.Однако недавно несколько исследовательских групп показали, что это не только возможно, но и вероятно, и мы смотрим на месяцы, а не на годы, пока это не будет достигнуто хотя бы на базовом уровне. Некоторые говорят, что следует избегать подобных исследований, поскольку это сродни превращению графена в то, чем он не является.
В любом случае, эти два примера — лишь верхушка айсберга только в одной области исследований, тогда как графен — это материал, который можно использовать во многих дисциплинах, включая, помимо прочего, биоинженерию, композитные материалы, энергетические технологии и нанотехнологии. .
Приложения
Биологическая инженерия
Биоинженерия, безусловно, станет областью, в которой графен станет жизненно важной частью в будущем; хотя необходимо преодолеть некоторые препятствия, прежде чем его можно будет использовать. Текущие оценки показывают, что не раньше 2030 года мы увидим, что графен широко используется в биологических приложениях, поскольку нам все еще нужно понимать его биосовместимость (и он должен пройти многочисленные испытания безопасности, клинические и нормативные испытания, которые, проще говоря, потребуют серьезной оценки. очень долгое время).Однако свойства, которые он отображает, предполагают, что он может революционизировать эту область несколькими способами. Благодаря тому, что графен обладает большой площадью поверхности, высокой электропроводностью, тонкостью и прочностью, он станет хорошим кандидатом для разработки быстрых и эффективных биоэлектрических сенсорных устройств со способностью контролировать такие вещи, как уровень глюкозы, уровень гемоглобина, холестерин и даже Секвенирование ДНК. В конце концов, мы можем даже увидеть искусственно созданный «токсичный» графен, который можно будет использовать в качестве антибиотика или даже противоракового лечения.Кроме того, благодаря своему молекулярному составу и потенциальной биосовместимости, он может быть использован в процессе регенерации тканей.
Узнайте больше о новой линейке графеновых полевых транзисторов Graphenea для биосенсоров здесь.
Оптическая электроника
Одна конкретная область, в которой мы скоро увидим использование графена в промышленных масштабах, — это оптоэлектроника; в частности сенсорные экраны, жидкокристаллические дисплеи (LCD) и органические светоизлучающие диоды (OLED).Чтобы материал можно было использовать в оптоэлектронных приложениях, он должен пропускать более 90% света, а также обладать электропроводящими свойствами, превышающими 1 x 106 Ом · м1, и, следовательно, низким электрическим сопротивлением. Графен — почти полностью прозрачный материал, способный оптически пропускать до 97,7% света. Он также обладает высокой проводимостью, как мы уже упоминали ранее, и поэтому он будет очень хорошо работать в оптоэлектронных приложениях, таких как сенсорные ЖК-экраны для смартфонов, планшетов и настольных компьютеров и телевизоров.
В настоящее время наиболее широко используемым материалом является оксид индия и олова (ITO), и развитие производства ITO за последние несколько десятилетий привело к созданию материала, который может очень хорошо работать в этом приложении. Однако недавние испытания показали, что графен потенциально способен соответствовать свойствам ITO даже в текущих (относительно недостаточно развитых) состояниях. Кроме того, недавно было показано, что оптическое поглощение графена можно изменить, регулируя уровень Ферми.Хотя это не кажется большим улучшением по сравнению с ITO, графен демонстрирует дополнительные свойства, которые могут позволить разработать очень умную технологию в оптоэлектронике, заменив ITO графеном. Тот факт, что высококачественный графен имеет очень высокий предел прочности на разрыв и является гибким (с радиусом изгиба менее 5-10 мм, необходимых для рулонной электронной бумаги), делает почти неизбежным его скорое использование в вышеупомянутых приложениях. .
Что касается потенциальных реальных электронных приложений, мы можем в конечном итоге ожидать появления таких устройств, как электронная бумага на основе графена с возможностью отображения интерактивной и обновляемой информации, а также гибкие электронные устройства, включая портативные компьютеры и телевизоры.
«Графен — это материал, который можно использовать во многих дисциплинах, включая, но не ограничиваясь: биоинженерию, композитные материалы, энергетические технологии и нанотехнологии».
Рекомендуемые товары
GFET-S10
(размер матрицы 10 мм x 10 мм)
Для датчиков
380,00 $
Высококонцентрированный оксид графена (концентрация 2,5 мас.%)
440,00 $
Easy Transfer: однослойный графен на полимерной пленке
(1 см x 1 см)
80.00 $
Ультрафильтрация
Еще одним выдающимся свойством графена является то, что, хотя он позволяет воде проходить через него, он почти полностью непроницаем для жидкостей и газов (даже относительно небольших молекул гелия). Это означает, что графен можно использовать в качестве среды для ультрафильтрации, чтобы действовать как барьер между двумя веществами. Преимущество использования графена состоит в том, что он имеет толщину всего 1 атом, а также может быть использован в качестве барьера для электронного измерения деформации и давления между двумя веществами (среди многих других переменных).Группе исследователей из Колумбийского университета удалось создать однослойные графеновые фильтры с размером пор всего 5 нм (в настоящее время современные нанопористые мембраны имеют размер пор 30-40 нм). Хотя эти размеры пор чрезвычайно малы, поскольку графен настолько тонкий, давление во время ультрафильтрации снижается. В настоящее время графен намного прочнее и менее хрупко, чем оксид алюминия (в настоящее время используется в системах фильтрации менее 100 нм). Что это значит? Что ж, это может означать, что графен разработан для использования в системах фильтрации воды, системах опреснения и создании эффективного и экономически более жизнеспособного биотоплива.
Композиционные материалы
Графен прочный, жесткий и очень легкий. В настоящее время аэрокосмические инженеры используют углеродное волокно при производстве самолетов, поскольку оно также очень прочное и легкое. Однако графен намного прочнее, но при этом намного легче. В конечном итоге ожидается, что графен будет использоваться (вероятно, интегрирован в пластмассы, такие как эпоксидная смола) для создания материала, который может заменить сталь в конструкции самолета, улучшая топливную эффективность, дальность полета и снижая вес.Благодаря своей электропроводности его можно даже использовать для покрытия материала поверхности самолета, чтобы предотвратить электрические повреждения в результате ударов молнии. В этом примере то же графеновое покрытие может также использоваться для измерения скорости деформации, уведомляя пилота о любых изменениях уровней напряжений, которым подвержены крылья самолета. Эти характеристики также могут помочь в разработке приложений с высокими требованиями к прочности, таких как бронежилеты для военнослужащих и транспортных средств.
Фотоэлектрические элементы
Обеспечивает очень низкий уровень поглощения света (около 2.7% белого света), при этом обеспечивая высокую подвижность электронов, означает, что графен может использоваться в качестве альтернативы кремнию или ITO при производстве фотоэлектрических элементов. Кремний в настоящее время широко используется в производстве фотоэлектрических элементов, но, хотя кремниевые элементы очень дороги в производстве, элементы на основе графена потенциально намного дешевле. Когда такие материалы, как кремний, превращают свет в электричество, он производит фотон для каждого произведенного электрона, а это означает, что большая часть потенциальной энергии теряется в виде тепла.Недавно опубликованные исследования доказали, что когда графен поглощает фотон, он фактически генерирует несколько электронов. Кроме того, хотя кремний может генерировать электричество из определенных диапазонов длин волн света, графен может работать на всех длинах волн, а это означает, что графен может быть таким же эффективным, если не более эффективным, чем кремний, ITO или (также широко используемый ) арсенид галлия. Гибкость и тонкость означает, что фотоэлектрические элементы на основе графена можно использовать в одежде; для подзарядки мобильного телефона или даже в качестве фотоэлектрических оконных экранов или занавесок, оснащенных ретро-панелями, для обеспечения электропитания вашего дома.
Накопитель энергии
Одна область исследований, которая очень хорошо изучается, — это хранение энергии. Хотя все области электроники развивались очень быстрыми темпами за последние несколько десятилетий (со ссылкой на закон Мура, который гласит, что количество транзисторов, используемых в электронных схемах, будет удваиваться каждые 2 года), проблема всегда заключалась в хранении энергии. в батареях и конденсаторах, когда он не используется. Эти решения по хранению энергии развиваются гораздо медленнее.Проблема в следующем: батарея потенциально может содержать много энергии, но для ее зарядки может потребоваться много времени, конденсатор, с другой стороны, может заряжаться очень быстро, но не может удерживать столько энергии (сравнительно говоря ). Решение состоит в том, чтобы разработать компоненты накопителя энергии, такие как суперконденсатор или аккумулятор, которые могут без компромиссов обеспечить обе эти положительные характеристики.
В настоящее время ученые работают над расширением возможностей литий-ионных аккумуляторов (за счет включения графена в качестве анода), чтобы предложить гораздо более высокую емкость для хранения с гораздо большей долговечностью и скоростью заряда.Кроме того, графен изучается и разрабатывается для использования в производстве суперконденсаторов, которые могут заряжаться очень быстро, но также могут хранить большое количество электроэнергии. Микро-суперконденсаторы на основе графена, вероятно, будут разработаны для использования в приложениях с низким энергопотреблением, таких как смартфоны и портативные вычислительные устройства, и потенциально могут быть коммерчески доступны в течение следующих 5-10 лет. Литий-ионные аккумуляторы с графеном можно использовать в приложениях с гораздо более высоким энергопотреблением, таких как транспортные средства с электрическим приводом, или они могут использоваться, как сейчас, литий-ионные аккумуляторы в смартфонах, ноутбуках и планшетных ПК, но при значительно меньших размерах и весе.
Graphenea недавно запустила новый сервис в отрасли — GFAB; Изготовление графена. Полностью индивидуальная графеновая печать на пластинах размером до 6 дюймов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить подробную информацию или узнать больше о GFAB здесь.
11 способов, которыми графен мог изменить мир
Графен может быть одним из самых полезных материалов в мире. Хотя его толщина составляет всего один атом углерода, он во много раз прочнее стали и при этом очень гибкий.
С тех пор, как он был впервые выделен исследователями в 2004 году, список патентов, связанных с графеном, рос в геометрической прогрессии с каждым годом.Возможно, совсем скоро этот сверхматериал породит технологическую революцию, которая действительно может изменить мир.
Вот несколько важных изобретений графена, которых стоит ожидать в ближайшем будущем.
1. Топливо воздушное
Те же исследователи, которые получили Нобелевскую премию за выделение графена, Андре Гейм из Манчестерского университета и его коллеги показали, что графен можно использовать для создания мобильных электрических генераторов, работающих на водороде, извлеченном из воздуха.Команда Гейма обнаружила, что, хотя графен непроницаем даже для мельчайших атомов, его можно использовать для фильтрации атомов водорода, лишенных их электронов.
Это означает, что графеновые пленки можно использовать для значительного повышения эффективности протонпроводящих мембран, которые являются важными компонентами технологии топливных элементов. Гейм представляет себе будущее, в котором автомобили могли бы приводиться в движение только крошечным количеством водорода в окружающем воздухе. «По сути, вы качаете топливо из атмосферы и получаете электричество из нее», — сказал Гейм.
2. Защита от комаров
Фото: Мухаммад Махди Карим [GFDL 1.2] / Wiki CommonsТа же непроницаемость, которая проявляется в топливных элементах, открывает новые возможности для использования графена, в том числе для защиты от комаров. В этом приложении исследователи обнаружили два пути блокирования этих смертоносных насекомых.
Исследователи из Университета Брауна обнаружили, что слои графена могут блокировать способность комаров ощущать химические вещества, связанные с кожей или потом, открывая потенциал необычного, нехимического подхода к борьбе с ними.Кроме того, слои создают физический барьер, который комары просто не могут прокусить. Их работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, первоначально была сосредоточена на механическом решении, но быстро раскрыла другую секретную способность графена.
«С графеном комары даже не приземлились на участок кожи — им просто было все равно», — сказала доктор Синтия Кастильо. студент Брауна и ведущий автор исследования, говорится в пресс-релизе Университета Брауна.«Мы предполагали, что графен будет физическим барьером для укусов из-за сопротивления проколам, но когда мы увидели эти эксперименты, мы начали думать, что это также был химический барьер, который мешает комарам почувствовать присутствие кого-то».
Следующим шагом будет работа над созданием версии графенового барьера, который работает так же эффективно как во влажном состоянии, так и в сухом, поскольку комары могли протыкать свой пучок или устройство для кормления через ткань, когда она была влажной.
3. Больше доступной питьевой воды
Графен может помочь решить мировой водный кризис. Мембраны из графена могут быть достаточно большими, чтобы пропускать воду, но достаточно маленькими, чтобы отфильтровать соль. Другими словами, графен может произвести революцию в технологии опреснения воды. Исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, «что водопроницаемость этого материала на несколько порядков выше, чем у обычных мембран обратного осмоса, и что нанопористый графен может играть важную роль в очистке воды.»
Фактически, тип графена оказался настолько эффективным при фильтрации воды, что сделал образцы воды из Сиднейской гавани безопасными для питья после прохождения через фильтр всего один раз. В исследовании, опубликованном в Nature Communications, исследователи из Австралийской организации научных и промышленных исследований (CSIRO) использовали форму графена под названием «Graphair», чтобы сделать морскую воду пригодной для питья после однократной обработки.
«Эта технология может создать чистую питьевую воду, независимо от того, насколько она грязная, за один шаг», — сказал в своем заявлении ученый CSIRO Дон Хан Со.«Все, что нужно, — это тепло, наш графен, мембранный фильтр и небольшой водяной насос. Мы надеемся начать полевые испытания в сообществе развивающихся стран в следующем году».
Дополнительное исследование, опубликованное в журнале Materials Science & Engineering C в 2019 году, продвинуло эту концепцию на шаг вперед, сделав необходимость хлорирования устаревшей. Ученые из Российского национального университета науки и технологий (МИСиС) и другие показали, что при введении оксида графена в раствор, содержащий кишечную палочку, графен «захватывает» бактерии, образуя хлопья, согласно Eureka Alert.После того, как хлопья были извлечены из раствора, вода стала питьевой, а графен можно было даже использовать повторно.
4. Электроника
Гексагональная решетка графена из атомов углерода. AlexanderAlUS [CC BY-SA 3.0] / Wikimedia CommonsЗабудьте о Кремниевой долине; будущее может покоиться в долине графена. Сегодня наши электронные устройства полагаются на кремний в качестве ключевого компонента, но транзисторы, сделанные из кремния, приближаются к минимальному размеру, при котором они могут быть эффективными, а это означает, что скорость наших устройств скоро упадет.И все же ультратонкая природа графена может быть ответом на эту проблему. Возможно, совсем скоро графен заменит кремний в наших электронных устройствах, сделав их быстрее, чем когда-либо прежде.
Графен также позволит создавать сверхтонкие гибкие сенсорные экраны, которые практически невозможно сломать. Вам больше не придется беспокоиться о том, чтобы ваш смартфон разбился.
В 2018 году исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвардского университета показали, что графен может обладать еще более удивительными электронными свойствами.Его можно настроить на два электрических крайних значения: как изолятор или сверхпроводник. Другими словами, один и тот же материал может либо блокировать поток электронов, либо проводить электрический поток без сопротивления.
«Теперь мы можем использовать графен в качестве новой платформы для исследования нетрадиционной сверхпроводимости», — говорит Пабло Харилло-Эрреро, доцент физики Массачусетского технологического института. «Можно также представить себе создание сверхпроводящего транзистора из графена, который можно включать и выключать, от сверхпроводящего до изоляционного.Это открывает много возможностей для квантовых устройств ».
5. Зрение хищника
Графен показал себя многообещающим для тепловых инфракрасных фотоприемников. Иван Смук / ShutterstockВ классическом научно-фантастическом боевике «Хищник» рассказывается об инопланетном убийце, который может видеть мир в тепловом инфракрасном свете. Теперь, благодаря графену, у вас может появиться зрение «Хищник». Исследователи из Мичиганского университета разработали графеновую контактную линзу, которая позволяет пользователю воспринимать весь инфракрасный спектр, а также видимый и ультрафиолетовый свет.
«Если мы объединим его с контактными линзами или другой носимой электроникой, это расширит ваше зрение», — сказал Чжаохуй Чжун, один из исследователей, разрабатывающих технологию. «Это дает вам еще один способ взаимодействия с окружающей средой».
6. Презерватив получше
Графен может даже улучшить вашу сексуальную жизнь. Презервативы из графена могут быть супертонкими, что означает больше ощущений. Они также будут сверхпрочными, а это значит, что они с меньшей вероятностью порвутся — истинное испытание любого презерватива.
«Если этот проект будет успешным, у нас может быть использование графена, которое самым интимным образом коснется нашей повседневной жизни», — сказал в 2013 году Аравинд Виджаярагхаван, ученый-материаловед, ведущий исследования графеновых презервативов.
Поиски графенового презерватива шли медленнее, чем ожидали некоторые защитники, но все еще продолжаются. Фонд Билла и Мелинды Гейтс произвел фурор в 2013 году, когда профинансировал исследования графеновых презервативов, и, хотя эти усилия немного пошатнулись, они оказались достаточно многообещающими, чтобы заработать дополнительное финансирование.Тем временем, по крайней мере, одна компания подхватила популярность с «презервативом на основе графена», который на самом деле не использует графен, а заимствует его гексагональную структуру.
7. Мир без ржавчины
Удалите ржавчину с помощью нарезанного картофеля. (Фото: Herain Kanthatham / Shutterstock)Поскольку графен практически непроницаем, слой краски на основе графена однажды можно будет использовать для устранения коррозии и ржавчины. Исследователи даже показали, что стеклянную посуду или медные пластины, покрытые графеновой краской, можно использовать в качестве контейнеров для сильно коррозионных кислот.
«Графеновая краска имеет хорошие шансы стать поистине революционным продуктом для отраслей, которые имеют дело с любым видом защиты от воздуха, погодных условий или агрессивных химикатов», — сказал Рахул Наир, один из исследователей, разрабатывающих технологию. например, медицина, электроника и атомная промышленность или даже судостроение, и это лишь некоторые из них ».
8. Светящиеся обои
Светящиеся стены вскоре могут заменить лампочки благодаря разработке новой технологии электродов на основе графена, которая делает дисплеи тоньше, чем когда-либо прежде.Такие светящиеся «обои» обеспечивают более приятный регулируемый свет в комнате, чем лампочки, и их также можно сделать более энергоэффективными. И, давайте посмотрим правде в глаза, немногие вещи кажутся более футуристическими, чем освещенные стены, похожие на «Трон».
«Благодаря использованию графена вместо обычных металлических электродов компоненты будущего будут намного проще утилизировать и, следовательно, будут экологически привлекательны», — сказал Натаниэль Робинсон из Университета Линчёпинга, где разрабатывается технология.
9.Бионические люди
Если вы уже чувствуете себя чрезмерно интегрированным со своей технологией, вы еще ничего не видели. Исследования графена теперь приводят к экспериментам, в которых электроника может интегрироваться с вашими биологическими системами. По сути, вскоре можно будет имплантировать графеновые гаджеты, которые смогут считывать информацию о вашей нервной системе или разговаривать с вашими клетками.
Это может привести к прорыву в медицинской науке, помочь врачам контролировать ваше тело или даже настроить ваши биологические системы для оптимального здоровья.Эта технология также может помочь фанатикам фитнеса отслеживать и контролировать свои режимы тренировок.
10. Более качественные и безопасные краски для волос
На этой фотографии показаны светлые волосы до (слева) и после (справа) окрашивания пигментом на основе графена, структурная модель которого также изображена справа. Чонг Луо / Cell PressВозможно, это не так сильно изменит мир, как некоторые другие приложения, но графен также показал себя многообещающим в качестве более безопасной альтернативы токсичным краскам для волос. В исследовании 2018 года исследователи из Северо-Западного университета сообщают, что графен может не только соответствовать характеристикам стойких красок для волос, но и без каких-либо органических растворителей или токсичных молекулярных ингредиентов.Вдобавок ко всему, он обладает улучшенными антибактериальными, антистатическими и теплоотводящими свойствами для волос.
Исследователи нанесли гель с оксидом графена на светлые человеческие волосы и дали им высохнуть в течение 10 минут. Пряди волос были покрыты графеновой пленкой толщиной всего 2 микрона, которая, как сообщается, оставалась на месте даже после 30 стирок. По словам авторов исследования, антистатические свойства могут иметь дополнительные эстетические преимущества, а покрытие не должно причинить вреда вашим волосам или здоровью.
«Эта идея возникла из любопытства. Это было очень весело, но когда мы начали работать над ней, она казалась не такой уж большой и благородной», — говорит старший автор Цзясин Хуанг, ученый-материаловед из Северо-Западного региона. утверждение. «Но после того, как мы глубоко погрузились в изучение красок для волос, мы поняли, что, вау, это на самом деле совсем не маленькая проблема. И это та, которую графен действительно мог бы помочь решить».
11. Пуленепробиваемая броня
Учитывая, насколько тонкий и прочный графен, кажется неизбежным, что его также следует использовать для создания улучшенных бронежилетов.Конечно, исследователи обнаружили, что листы графена поглощают вдвое больше ударов, чем кевлар, материал, обычно используемый в пуленепробиваемых жилетах. Графен, также являющийся улучшением по сравнению с кевларом, является сверхлегким и, следовательно, менее ограничивающим при ношении. Этот прорыв может помочь обезопасить наших солдат и сотрудников правоохранительных органов во время обстрела. Тонкая природа графена может даже привести к развитию других пуленепробиваемых поверхностей, таких как окна.
Комплексное применение графена: акцент на биомедицинские проблемы
Дж. Лю, Л. Цуй, Д. Лосич, Графен и оксид графена как новые наноносители для приложений доставки лекарств. Acta Biomater 9 (12), 9243–9257 (2013). https://doi.org/10.1016/j.actbio.2013.08.016
Артикул Google Scholar
A. Lerf, J. Buchsteiner, J. Pieper, S. Schöttl, I. Dekany, T. Szabo, H.P. Бем, Гидратация и динамика молекул воды в оксиде графита. J. Phys. Chem. Твердые тела 67 (5–6), 1106–1110 (2006).https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2006.01.031
Артикул Google Scholar
А. Бухштайнер, А. Лерф, Дж. Пипер, Динамика воды в оксиде графита, исследованная с помощью рассеяния нейтронов. J. Phys. Chem. B 110 (45), 22328–22338 (2006). https://doi.org/10.1021/jp0641132
Артикул Google Scholar
К.П. Ло, К. Бао, Г. Эда, М. Чховалла, Оксид графена как химически настраиваемая платформа для оптических приложений.Nat. Chem. 2 (12), 1015–1024 (2010). https://doi.org/10.1038/nchem.907
Артикул Google Scholar
М. Кониос, М. Стилианакис, Э. Стратакис, Э. Кимакис, Дисперсионные свойства оксида графена и восстановленного оксида графена. J. Colloid Interface Sci. 430 , 108–112 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jcis.2014.05.033
Артикул Google Scholar
Станкович С., Д.А. Дикин, Р.Д.Пинер, К.А. Kohlhaas, A. Kleinhammes, Y. Jia, Y. Wu, S.T. Нгуен, Р. Руофф, Синтез нанолистов на основе графена путем химического восстановления расслоенного оксида графита. Углерод 45 (7), 1558–1565 (2007). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2007.02.034
Артикул Google Scholar
Г. Ван, Дж. Ян, Дж. Парк, Х. Гоу, Б. Ван, Х. Лю, Дж. Яо, Простой синтез и определение характеристик графеновых нанолистов.J. Phys. Chem. С 112 (22), 8192–8195 (2008). https://doi.org/10.1021/jp710931h
Артикул Google Scholar
M.J. Fernández-Merino, L. Guardia, J.I. Паредес, С. Вильяр-Родиль, П. Солис-Фернандес, А. Мартинес-Алонсо, J.M.D. Таскон, витамин С, является идеальным заменителем гидразина при восстановлении суспензий оксида графена. J. Phys. Chem. С 114 (14), 6426–6432 (2010). https://doi.org/10.1021/jp100603h
Артикул Google Scholar
H.J. Shin, K.K. Сим, А. Бенаяд, С. Юн, Х.К. Парк и др., Эффективное восстановление оксида графита борогидридом натрия и его влияние на электрическую проводимость. Adv. Функц. Матер. 19 (12), 1987–1992 (2009). https://doi.org/10.1002/adfm.200
7
Артикул Google Scholar
X. Fan, W. Peng, Y. Li, X. Li, S. Wang, G. Zhang, F. Zhang, Деоксигенация расслоенного оксида графита в щелочных условиях: зеленый путь к получению графена.Adv. Матер. 20 (23), 4490–4493 (2008). https://doi.org/10.1002/adma.200801306
Артикул Google Scholar
л.с. Бём, А. Клаус, Г.О. Фишер, U.Z. Хофманн, Адсорбционное поведение очень тонких углеродных пленок. Анорг. Allg. Chem. 316 , 119–127 (1962). https://doi.org/10.1002/zaac.19623160303
Артикул Google Scholar
К.С. Новоселов, А. Гейм, С.В. Морозов, Д. Цзян, Ю. Чжан, С.В. Дубонос, И. Григорьева, А.А. Фирсов, Эффект электрического поля в атомарно тонких углеродных пленках. Наука 306 (5696), 666–669 (2004). https://doi.org/10.1126/science.1102896
Артикул Google Scholar
W.S. Хаммерс, Р. Оффеман, Получение оксида графита. Варенье. Chem. Soc. 80 (6), 1339 (1958). https://doi.org/10.1021/ja01539a017
Артикул Google Scholar
K.R. Кох, Окисление Mn207: впечатляющая демонстрация мощных окислительных свойств гептоксида диманганца. J. Chem. Educ. 59 (11), 973 (1982). https://doi.org/10.1021/ed059p973.3
Артикул Google Scholar
до н.э. Броди, Об атомной массе графита. Proc. R. Soc. Лондон. 10 , 11–12 (1859)
Google Scholar
В. Кампарс, М. Легздина, Термическое обескислороживание оксида графита при низкой температуре. IOP Conf. Сер. Матер. Sci. Англ. 77 , 012033 (2015). https://doi.org/10.1088/1757-899X/77/1/012033
Артикул Google Scholar
D.C. Marcano, D.V. Косынкин, Я.М. Берлин, А. Синицкий, З. Сунь, А. Слесарев, Л.Б. Алемани, В. Лу, Дж. М. Тур, Улучшенный синтез оксида графена. ACS Nano 4 (8), 4806–4814 (2010).https://doi.org/10.1021/nn1006368
Артикул Google Scholar
D.R. Драйер, С. Парк, К.В. Белявски, Р.С. Руофф, Химия оксида графена. Chem. Soc. Ред. 39 (1), 228–240 (2010). https://doi.org/10.1039/B3G
Артикул Google Scholar
M.S. Хан, А. Шакур, Г. Хан, С. Султана, А. Зия, Исследование стабильных дисперсий оксида графена в различных растворителях.J. Chem. Soc. Пак. 37 (01), 62–67 (2015)
Google Scholar
Дж. Паредес, С. Вильяр-Родил, А. Мартинес-Алонсо, Дж. Таскон, Дисперсии оксида графена в органических растворителях. Ленгмюр 24 (19), 10560–10564 (2008). https://doi.org/10.1021/la801744a
Артикул Google Scholar
T.Y. Чжан, Д. Чжан, Водные коллоиды нанолистов из оксида графена путем отслаивания оксида графита без обработки ультразвуком.Бык. Матер. Sci. 34 (1), 25–28 (2011). https://doi.org/10.1007/s12034-011-0048-x
Артикул Google Scholar
G. Gonçalves, M. Vila, I. Bdikin, A. de Andrés, N. Emami, R.A. Феррейра, Л. Карлос, Х. Грасио, П.А. Маркес, Распад оксида графена на наномасштабы: атомное восстановление и фрагментация в ограниченных горячих точках. Sci. Отчетность 4 , 6735 (2014). https://doi.org/10.1038/srep06735
Артикул Google Scholar
Z.S. Ву, В. Рен, Л. Аго, Б. Лю, К. Цзян, Х.М. Ченг, Синтез высококачественного графена с заданным числом слоев. Углерод 47 (2), 493–499 (2009). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2008.10.031
Артикул Google Scholar
М. Макаллистер, Дж. Ли, Д. Адамсон, Х. Шнипп, Х. Абдала и др. Однослойный функционализированный графен за счет окисления и теплового расширения графита. Chem. Матер. 19 (18), 4396–4404 (2007).https://doi.org/10.1021/cm0630800
Артикул Google Scholar
М. Чжоу, Ю. Ван, Ю. Чжай, Дж. Чжай, В. Рен, Ф. Ван, С. Донг, Контролируемый синтез пленок электрохимически восстановленного оксида графена с большой площадью и структурированного рисунка. Химия 15 (25), 6116–6120 (2009). https://doi.org/10.1002/chem.200
6Артикул Google Scholar
А.Кумар, Ч. Ли, в Успехах в науке о графене , изд. М. Алиофхазраи (InTech, Хорватия, 2013 г.), стр. 55–75
Дж. Гао, Ф. Луи, Ю. Луи, Н. Ма, З. Ван, X. Чжан, Экологичность метод производства графена с использованием витамина С и аминокислоты. Chem. Матер. 22 (7), 2213–2218 (2010). https://doi.org/10.1021/cm
5j
Артикул Google Scholar
Ахаван О., М.Калаи, З.С. Алави, С.М.А. Ghiasi, A. Esfandiar, Повышение антиоксидантной активности полифенолов зеленого чая в присутствии железа для восстановления оксида графена. Углерод 50 (8), 3015–3025 (2012). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.02.087
Артикул Google Scholar
Ю. Ван, З. Ши, Дж. Инь, Легкий синтез растворимого графена посредством зеленого восстановления оксида графена в чайном растворе и его биокомпозитах.ACS Appl. Матер. Интерфейс 3 (4), 1127–1133 (2011). https://doi.org/10.1021/am1012613
Артикул Google Scholar
А. Эсфандиар, О. Ахаван, А. Ираджизад, Мелатонин как мощный биоантиоксидант для восстановления оксида графена. J. Mater. Chem. 21 (29), 10907–10914 (2011). https://doi.org/10.1039/c1jm10151j
Артикул Google Scholar
О. Ахаван, Э. Гадери, С. Агайи, Ю. Ферейдони, А. Талеби, Использование суспензии оксида графена с пониженным содержанием глюкозы для фототермической терапии рака. J. Mater. Chem. 22 (27), 13773–13781 (2012). https://doi.org/10.1039/c2jm31396k
Артикул Google Scholar
К. Чжу, С. Го, Ю. Фанг, С. Донг, Восстановление сахара: новые функциональные молекулы для зеленого синтеза графеновых нанолистов. АСУ Нано 4 (4), 2429–2437 (2010).https://doi.org/10.1021/nn1002387
Артикул Google Scholar
Дж. Лю, С. Фу, Б. Юань, Ю. Ли, З. Дэн, На пути к универсальному «адгезивному нанолисту» для сборки множества наночастиц на основе индуцированного белком восстановления / декорирования графена окись. Варенье. Chem. Soc. 132 (21), 7279–7281 (2010). https://doi.org/10.1021/ja100938r
Артикул Google Scholar
E.C. Салас, З. Сан, А. Латтге, Дж. М. Тур, Восстановление оксида графена посредством бактериального дыхания. АСУ Нано 4 (8), 4852–4856 (2010). https://doi.org/10.1021/nn101081t
Артикул Google Scholar
С. Такур, Н. Карак, Зеленое восстановление оксида графена водными фитоэкстрактами. Углерод 50 (14), 5331–5339 (2012). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.07.023
Артикул Google Scholar
Ю. Хонг, З. Ван, X. Цзинь, Оксид графита, интеркалированный серной кислотой, для получения графена. Sci. Отчет 3 (1), 3439 (2013). https://doi.org/10.1038/srep03439
Артикул Google Scholar
О. Янковский, П. Марван, М. Новачек, Й. Люкса, В. Мазанек, К. Климова, Д. Седмидубский, З. Софер, Процедура синтеза и тип оксида графита сильно влияют на получаемые свойства графена . Прил. Матер. Сегодня 4 , 45–53 (2016).https://doi.org/10.1016/j.apmt.2016.06.001
Артикул Google Scholar
Т.Д. Дао, Х.М. Джеонг, Графен, полученный термическим восстановлением – расслоением оксида графита: влияние размера частиц необработанного графита на свойства оксида графита и графена. Матер. Res. Бык. 70 , 651–657 (2015). https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.05.038
Артикул Google Scholar
C.H.A. Вонг, О. Янковский, З. Софер, М. Пумера, Восстановление / расслоение оксида графита с помощью микроволнового излучения и влияние прекурсора оксида графита. Углерод 77 , 508–517 (2014). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2014.05.056
Артикул Google Scholar
Z. Lin, Y. Yao, Z. Li, Y. Liu, Z. Li, C.P. Вонг, Термическое восстановление оксида графита с помощью растворителя. J. Phys. Chem. С 114 (35), 14819–14825 (2010).https://doi.org/10.1021/jp1049843
Артикул Google Scholar
Б. Юань, К. Бао, X. Цянь, П. Вэнь, В. Син, Л. Сун, Ю. Ху, Простой подход к получению графена путем сольвотермического восстановления оксида графита. Матер. Res. Бык. 55 , 48–52 (2014). https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2014.04.016
Артикул Google Scholar
D.Р. Драйер, С. Мурали, Ю. Чжу, Р.С. Руофф, C.W. Bielawski, Восстановление оксида графита с использованием спиртов. J. Mater. Chem. 21 (10), 3443–3447 (2011). https://doi.org/10.1039/C0JM02704A
Артикул Google Scholar
К. Цай, Н. Санг, З. Шен, Х. Чжао, Простое и контролируемое по размеру приготовление нанолистов из оксида графена с использованием метода высокого сдвига и ультразвукового метода. J. Exp. Nanosci. 12 (1), 247–262 (2017).https://doi.org/10.1080/17458080.2017.1303853
Артикул Google Scholar
Н. Бломквист, А.С. Энгстром, М. Хаммельгард, Б. Андрес, С. Фросберг, Х. Олин, Крупномасштабное производство нанографита путем расслоения трубчатым сдвигом в воде. PLoS ONE 11 (4), e0154686 (2016). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154686
Артикул Google Scholar
X. Сан, З. Лю, К. Велшер, Дж. Робинсон, А. Гудвин, С. Зарич, Х. Дай, Оксид нанографена для визуализации клеток и доставки лекарств. Nano Res. 1 (3), 203–212 (2008). https://doi.org/10.1007/s12274-008-8021-8
Артикул Google Scholar
Z. Liu, J.T. Робинсон, X. Сан, Х. Дай, ПЭГилированный оксид нанографена для доставки нерастворимых в воде лекарств от рака. Варенье. Chem. Soc. 130 (33), 10876–10877 (2008).https://doi.org/10.1021/ja803688x
Артикул Google Scholar
X. Yang, X. Zhang, Z. Liu, Y. Ma, Y. Huang, Y. Chen, Высокоэффективная загрузка и контролируемое высвобождение гидрохлорида доксорубицина на оксид графена. J. Phys. Chem. С 112 (45), 17554–17558 (2008). https://doi.org/10.1021/jp806751k
Артикул Google Scholar
С.С. Ван, Дж. Я. Ли, К. Аматоре, Ю. Чен, Х. Цзян, Х.М. Ван, Золотые нанокластеры и графеновые нанокомпозиты для доставки лекарств и визуализации раковых клеток. Энгью. Chem. Int. Эд. 50 (49), 11644–11648 (2011). https://doi.org/10.1002/anie.201105573
Артикул Google Scholar
M. de Sousa, L.A. Visani de Luna, L. Fonseca, S. Giorgio, O.L. Алвес, Функционализированный фолиевой кислотой наноноситель оксида графена: синтетические подходы, характеристика, исследование доставки лекарств и противоопухолевый скрининг.ACS Appl. Nano Mater. 1 (2), 922–932 (2018). https://doi.org/10.1021/acsanm.7b00324
Артикул Google Scholar
Б. Сайфуллах, К. Бускаран, Р. Б. Шейх, Ф. Барахуи, С. Факурази, М. А. Мохд Моклас, М. З. Хусейн, Нанокомпозитный препарат оксид графена – ПЭГ – протокатеховая кислота с улучшенными противораковыми свойствами. Наноматериалы 8 (10), 8100820 (2018). https://doi.org/10.3390/nano8100820
Артикул Google Scholar
Л.М. Чжан, Дж. Ся, К. Чжао, Л. Лю, З. Чжан, Функциональный оксид графена как наноноситель для контролируемой нагрузки и адресной доставки смешанных противоопухолевых препаратов. Маленький 6 (4), 537–544 (2010). https://doi.org/10.1002/smll.2000
Артикул Google Scholar
Y. Tang, H. Hu, M.G. Чжан, Дж. Сонг, Л. Ни и др., Светочувствительная система доставки лекарств, нацеленная на аптамер, с использованием мезопористых наночастиц диоксида кремния, покрытых оксидом графена, обернутых «выключенными».Наномасштаб 7 (14), 6304–6310 (2015). https://doi.org/10.1039/C4NR07493A
Артикул Google Scholar
L.Z. Фэн, С. Чжан, З. Лю, Трансфекция генов на основе графена. Наномасштаб 3 (3), 1252–1257 (2011). https://doi.org/10.1039/c0nr00680g
Артикул Google Scholar
L. Zhang, Z. Lu, Q. Zhao, J. Huang, H. Shen, Z. Zhang, Повышенная эффективность химиотерапии путем последовательной доставки миРНК и противоопухолевых препаратов с использованием PEI-привитого оксида графена.Маленький 7 (4), 460–464 (2011). https://doi.org/10.1002/smll.201001522
Артикул Google Scholar
К. Ян, Л. Фэн, X. Ши, З. Лю, Нанографен в биомедицине: тераностические приложения. Chem. Soc. Ред. 42 (2), 530–547 (2013). https://doi.org/10.1039/C2CS35342C
Артикул Google Scholar
А. Пол, А. Хасан, Х.А. Кинди, А.К. Гахарвар, В. Рао и др., Инъекционная система доставки ангиогенного гена на основе оксида графена / гидрогеля для васкулогенеза и восстановления сердца. АСУ Нано 8 (8), 8050–8062 (2014). https://doi.org/10.1021/nn5020787
Артикул Google Scholar
W.G. La, M. Jin, S. Park, H.H. Yoon, G.J. Jeong, S.H. Бханг, Х. Парк, К. Чар, Б.С. Ким, Доставка костного морфогенетического белка-2 и вещества P с использованием оксида графена для регенерации кости.Int. J. Nanomedicine 9 (1), 107–116 (2014). https://doi.org/10.2147/IJN.S50742
Артикул Google Scholar
Ф. Эмади, А. Амини, А. Голами, Ю. Гасеми, Функционализированный оксид графена с хитозаном для белковых наноносителей для защиты от ферментативного расщепления и сохранения активности коллагеназы. Sci. Отчет 10 (7), 42258 (2017). https://doi.org/10.1038/srep42258
Артикул Google Scholar
Ю. Лю, Ю. Ци, К. Инь, С. Ван, С. Чжан, А. Сюй, В. Чен, С. Лю, Биотрансформация оксида графена в жидкостях легких значительно повышает его фототермическую эффективность. Нанотераностика 2 (3), 222–232 (2018). https://doi.org/10.7150/ntno.25719
Артикул Google Scholar
А.М. Ястшембская, П. Куртыч, А. Ольшина, Последние достижения в исследованиях токсичности материалов семейства графена. J. Nanopart. Res. 14 (12), 1320 (2012). https://doi.org/10.1007/s11051-012-1320-8
Артикул Google Scholar
K. Yang, S. Zhang, G. Zhang, X. Sun, S.T. Ли, З. Лю, Графен у мышей: сверхвысокое поглощение опухолью in vivo и эффективная фототермическая терапия. Nano Lett. 10 (9), 3318–3323 (2010). https://doi.org/10.1021/nl100996u
Артикул Google Scholar
X. Shi, H. Gong, Y. Li, C. Wang, L. Cheng, Z. Liu, Магнитный плазмонный нанокомпозит на основе графена для двойной биовизуализации и фототермической терапии. Биоматериалы 34 (20), 4786–4793 (2013). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.03.023
Артикул Google Scholar
J.L. Li, X.L. Hou, H.C. Бао, Л. Сунь, Б. Тан, Дж. Ф. Ван, X.G. Ван, М. Гу, Наночастицы оксида графена для улучшенной фототермической терапии раковых клеток под действием фемтосекундного лазерного луча.J. Biomed. Матер. Res. А 102 (7), 2181–2188 (2014). https://doi.org/10.1002/jbm.a.34871
Артикул Google Scholar
X. Zhang, X. Nan, W. Shi, Y. Sun, H. Su, Y. He, X. Liu, Z. Zhang, D. Ge, Полидофамин-функционализированный оксид нанографена: универсальный наноноситель для химиотерапии и фототермической терапии. Нанотехнологии 28 (29), 2 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa761b
Артикул Google Scholar
Ю.А. Cheon, J.H. Бэ, Б. Чанг, Нанолист восстановленного оксида графена для химиофотермической терапии. Ленгмюр 32 (11), 2731–2736 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b00315
Артикул Google Scholar
П. Хуанг, К. Сюй, Дж. Линь, К. Ван, Х. Ван, К. Чжан, X. Чжоу, С. Го, Д. Цуй, Оксид графена, сопряженный с фолиевой кислотой, загруженный фотосенсибилизаторы для направленной фотодинамической терапии. Тераностика 1 , 240–250 (2011).https://doi.org/10.7150/thno/v01p0240
Артикул Google Scholar
S. Su, J. Wang, J. Wei, R. Martínez-Zaguilán, J. Qiu, S. Wang, Эффективная фототермическая терапия рака головного мозга с помощью функционализированного порфирином оксида графена. New J. Chem. 39 (7), 5743–5749 (2015). https://doi.org/10.1039/C5NJ00122F
Артикул Google Scholar
П.Ронг, К. Ян, А. Шривастан, Д.О. Кизеветтер, X. Юэ и др., Нанографен, нагруженный фотосенсибилизатором, для фотодинамической терапии опухолей под контролем мультимодальной визуализации. Тераностика 4 (3), 229–239 (2014). https://doi.org/10.7150/thno.8070
Артикул Google Scholar
Y.W. Чен, Ю. Су, С. Ху, С.Ю. Чен, Функционализированные нанокомпозиты графена для повышения эффективности фототермической терапии при лечении опухолей. Adv. Препарат Делив.Ред. 105 (Pt B), 190–204 (2016). https://doi.org/10.1016/j.addr.2016.05.022
Артикул Google Scholar
I. Ocsoy, N. Isiklan, S. Cansiz, N. Ozdemir, W. Tan, ICG-сопряженный магнитный оксид графена для двойной фототермической и фотодинамической терапии. RSC Adv. 6 (36), 30285–30292 (2016). https://doi.org/10.1039/C6RA06798K
Артикул Google Scholar
M.S.C. душ Сантуш, А.Л. Гувеа, Л.Д. де Моура, Л. Патерно, P.E.N. de Souza et al., Нанографен оксид-метиленовый синий как платформа фототерапии для удаления опухоли груди и предотвращения метастазов на сингенной ортотопической модели на мышах. Ж. Нанобиотехнология 16 (9), 232 (2018). https://doi.org/10.1186/s12951-018-0333-6
Артикул Google Scholar
Q. Li, L. Hong, H. Li, C. Liu, гибрид оксида графена и фуллерена C60 (GO-C60) для фотодинамической и фототермической терапии, запускаемой ближним инфракрасным светом.Биосенс. Биоэлектрон. 89 (1), 477–482 (2017). https://doi.org/10.1016/j.bios.2016.03.072
Артикул Google Scholar
D.Y. Чжан, Ю. Чжан, К. Тан, Дж. Сунь, В. Чжан, Л. Джи, З.У. Мао, оксид графена, декорированный комплексом Ru (II) –полиэтиленгликоль для визуализации, направленной на лизосомы, и фотодинамической / фототермической терапии. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9 (8), 6761–6771 (2017). https://doi.org/10.1021 / acsami.6b13808
Артикул Google Scholar
J.H. Лим, Д. Ким, Э.Дж. Ким, C.D. Арберг, Б. Чанг, Функциональные нанолисты на основе оксида графена для фототермической терапии. Макромол. Res. 26 (6), 557–565 (2018). https://doi.org/10.1007/s13233-018-6067-3
Артикул Google Scholar
Y. Jang, S. Kim, S. Lee, C.M. Юн, И. Ли, Дж.Янг, оксид графена обернул полые наночастицы SiO2 / TiO2, загруженные фотосенсибилизатором для фототермической и фотодинамической комбинированной терапии. Chem. Евро. J. 23 , 3719–3727 (2017). https://doi.org/10.1002/chem.201605112
Артикул Google Scholar
A. Gulzar, J. Xu, D. Yang, L. Xu, F. He, S. Gai, P. Yang, нанокомпозиты, ковалентно сконструированные из оксида графена-UCNP-Ce6 для NIR-опосредованной биовизуализации и комбинаторная терапия PTT / PDT.Dalton Trans. 47 (11), 3931–3939 (2018). https://doi.org/10.1039/C7DT04141A
Артикул Google Scholar
X. Yan, G. Niu, J. Lin, A.J. Джин, Х. Ху и др., Фотодинамическая терапия с применением синопорфирина натрия, нагруженного оксидом графена, под контролем улучшенной флуоресцентной визуализации. Биоматериалы 42 , 94–102 (2015). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.11.040
Артикул Google Scholar
П. Хуанг, С. Ван, X. Ван, Г. Шен, Дж. Лин и др., Функционализация поверхности химически восстановленного оксида графена для целевой фотодинамической терапии. J. Biomed. Nanotechnol. 11 (1), 117–125 (2015). https://doi.org/10.1166/jbn.2015.2055
Артикул Google Scholar
Ю. Вэй, Ф. Чжоу, Д. Чжан, К. Чен, Д. Син, «Умная» система доставки лекарств на основе оксида графена для фотодинамической терапии, направленной на митохондрии опухоли.Наномасштаб 8 (6), 3530–3538 (2016). https://doi.org/10.1039/C5NR07785K
Артикул Google Scholar
Л. Хоу, Ю. Ши, Г. Цзян, В. Лю, Х. Хан и др., Умные нанокомпозитные гидрогели на основе азосшитого оксида графена для пероральной доставки лекарств в толстую кишку. Нанотехнологии 27 (31), 315105 (2016). https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/31/315105
Артикул Google Scholar
Z. Xu, S. Wang, Y. Li, M. Wang, P. Shi, X. Huang, Ковалентная функционализация оксида графена биосовместимым поли (этиленгликолем) для доставки паклитаксела. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 6 (19), 17268–17276 (2014). https://doi.org/10.1021/am505308f
Артикул Google Scholar
Х. Ху, Дж. Ю, Й. Ли, Дж. Чжао, Х. Донг, Разработка нового наногибрида плюроника F127 / графена для доставки лекарств в зависимости от pH.J. Biomed. Матер. Res. А 100 (1), 141–148 (2012). https://doi.org/10.1002/jbm.a.33252
Артикул Google Scholar
Х. Бао, Я. Пань, Я. Пинг, Н.Г. Саху, Т. Ву, Л. Ли, Дж. Ли, Л. Х. Ган, Оксид графена, функционализированный хитозаном, как наноноситель для доставки лекарств и генов. Small 7 (11), 1569–1578 (2011). https://doi.org/10.1002/smll.201100191
Артикул Google Scholar
М. Алиболанди, М. Мохаммади, С.М. Taghdisi, M. Ramezani, K. Abnous, Изготовление декстранового декстранового оксида с нанесенным покрытием для направленной доставки лекарств. Углеводы. Polym. 155 , 218–229 (2017). https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.08.046
Артикул Google Scholar
К. Ван, Дж. Ли, К. Аматоре, Ю. Чен, Х. Цзян, X.M. Ван, Золотые нанокластеры и графеновые нанокомпозиты для доставки лекарств и визуализации раковых клеток.Энгью. Chem. Int. Эд. 50 (49), 11644–11648 (2011). https://doi.org/10.1002/anie.201105573
Артикул Google Scholar
X. Wang, X. Sun, J. Lao, H. He, T. Cheng, M. Wang, S. Wang, F. Huang, Многофункциональные графеновые квантовые точки для одновременной целевой визуализации клеток и доставки лекарств . Colloids Surf. B 122 , 638–644 (2014). https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2014.07.043
Артикул Google Scholar
Г. Рассел-Джонс, К. Мактавиш, Дж. МакЭван, Дж. Райс, Д. Новотник, Витаминно-опосредованное нацеливание как потенциальный механизм увеличения поглощения лекарств опухолями. J. Inorg. Biochem. 98 (10), 1625–1633 (2004). https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2004.07.009
Артикул Google Scholar
N.R. Ko, M. Nafiujjaman, J.S. Ли, Х.Н. Лим, Ю.К. Ли, И. Квон, тераностические агенты на основе графеновых квантовых точек для активного нацеливания на рак груди.RSC Adv. 7 (19), 11420–11427 (2017). https://doi.org/10.1039/C6RA25949A
Артикул Google Scholar
А. Джафаризад, А. Аганежад, М. Севим, Ö. Метин, Дж. Барар, Ю. Омиди, Д. Экинчи, Золотые наночастицы и восстановленные композитные материалы оксид графена-наночастицы золота как ковалентные системы доставки лекарств для лечения рака груди. Chem. Sel. 2 (23), 6663–6672 (2017). https://doi.org/10.1002/slct.201701178
Артикул Google Scholar
S.J. Чжэнь, Т.Т. Ван, Ю.Х. Лю, З.Л. Ву, Х. Zou, C.Z. Хуанг, Наночастицы Cu 2 − x Se, покрытые восстановленным оксидом графена, для направленной химиофотермической терапии. J. Photochem. Photobiol., B 180 , 9–16 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2018.01.020
Артикул Google Scholar
Ю. Ху, Д. Сан, Дж. Дин, Л. Чен, X. Чен, Декорированный восстановленный оксид графена для фотохимиотерапии. J. Mater. Chem. В 4 , 929–937 (2016). https://doi.org/10.1039/C5TB02359A
Артикул Google Scholar
G. Shim, J.Y. Ким, Дж. Хан, С.В. Чунг, С. Ли, Ю. Бьюн, Ю.К. О, нанолисты восстановленного оксида графена, покрытые антиангиогенным противораковым производным низкомолекулярного гепарина для доставки противоопухолевых препаратов.J. Control. Выпуск 189 , 80–89 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2014.06.026
Артикул Google Scholar
W. Miao, G. Shim, S. Lee, Y.S. Чой, Ю. О, безопасность и накопление в опухолевой ткани нанолистов пегилированного оксида графена для совместной доставки противоопухолевого препарата и фотосенсибилизатора. Биоматериалы 34 (13), 3402–3410 (2013). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.01.010
Артикул Google Scholar
Y.J. Choi, S. Gurunathan, J.H. Ким, Нанокомпозит оксид графена-серебро усиливает цитотоксический и апоптотический потенциал салиномицина в стволовых клетках рака яичников человека (OvCSC): новый подход к терапии рака. Int. J. Mol. Sci. 19 (3), 710 (2018). https://doi.org/10.3390/ijms110
Артикул Google Scholar
Х. Шен, Л. Чжан, М. Лю, З. Чжан, Биомедицинские применения графена. Тераностика 2 (3), 283–294 (2012).https://doi.org/10.7150/thno.3642
Артикул Google Scholar
О.С. Квон, С.Дж. Парк, Дж. Хонг, А. Хан, Дж. Ли, Дж. Ли, Дж. О, Дж. Джанг, Гибкий аптасенсор VEGF типа FET на основе легированного азотом графена, преобразованного из проводящего полимера. АСУ Нано 6 (2), 1486–1493 (2012). https://doi.org/10.1021/nn204395n
Артикул Google Scholar
П. Суварнафает, С. Печпрасарн, Материалы на основе графена для биосенсоров: обзор. Датчики (Базель) 17 (10), 2161 (2017). https://doi.org/10.3390/s17102161
Артикул Google Scholar
Л.Х. Гесс, М. Янсен, В. Мэйбек, М.В. Hauf, M. Seifert, M. Stutzmann, I.D. Шарп, А. Оффенхауссер, Дж. Гарридо, Матрицы графеновых транзисторов для регистрации потенциалов действия от электрогенных клеток. Adv. Матер. 23 , 5045–5049 (2011).https://doi.org/10.1002/adma.201102990
Артикул Google Scholar
C. Chung, Y.K. Ким, Д. Шин, С. Ryoo, B.H. Хонг, Д. Х. Мин, Биомедицинские применения графена и оксида графена. В соотв. Chem. Res. 46 (10), 2211–2224 (2013). https://doi.org/10.1021/ar300159f
Артикул Google Scholar
Y. Huang, X. Dong, Y. Liu, L.J.Ли, П. Чен, Биосенсоры на основе графена для обнаружения бактерий и их метаболической активности. J. Mater. Chem. 21 (33), 12358–12362 (2011). https://doi.org/10.1039/c1jm11436k
Артикул Google Scholar
Ф. Ку, Т. Ли, М. Ян, Колориметрическая платформа для визуального обнаружения биомаркера рака на основе внутренней пероксидазной активности оксида графена. Биосенс. Биоэлектрон. 26 (9), 3927–3931 (2011).https://doi.org/10.1016/j.bios.2011.03.013
Артикул Google Scholar
S.K. Лим, П. Чен, Ф. Ли, С. Мочхала, Б. Лидберг, Собранный пептидом оксид графена как флуоресцентный датчик включения для обнаружения липополисахаридов (эндотоксинов). Анальный. Chem. 87 (18), 9408–9412 (2015). https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b02270
Артикул Google Scholar
L. Bai, Y. Chai, X. Pu, R. Yuan, Электрохимический аптасенсор с включенным сигналом для сверхчувствительного обнаружения эндотоксина с использованием ферментативного рециклинга трехкомпонентного соединения ДНК и наногибрида графена для амплификации. Наномасштаб 6 (5), 2902–2908 (2014). https://doi.org/10.1039/c3nr05930h
Артикул Google Scholar
Б. Хурадо-Сначес, М. Пачеко, Дж. Рохо, А. Эскарпа, Магнитокаталитические графеновые квантовые точки Микромоторы Janus для обнаружения бактериального эндотоксина.Энгью. Chem. Int. Эд. 129 (24), 7061–7065 (2017). https://doi.org/10.1002/ange.201701396
Артикул Google Scholar
S.J. Ченг, Х. Чиу, П. Кумар, К. Hsieh, J.W. Ян, Ю.-Р. Лин, Ю. Шен, Г.Ю. Чен, Одновременная доставка лекарств и визуализация клеток с использованием оксида графена. Биоматер. Sci. 6 (4), 813–819 (2018). https://doi.org/10.1039/C7BM01192J
Артикул Google Scholar
С. Джин, Д. Ким, Г. Джун, С. Хонг, С. Чон, Настройка фотолюминесценции графеновых квантовых точек с помощью эффекта переноса заряда функциональных групп. АСУ Нано 7 (2), 1239–1245 (2013). https://doi.org/10.1021/nn304675g
Артикул Google Scholar
Дж. Шен, Ю. Чжу, Ч. Чен, X. Ян, К. Ли, Простая подготовка и апконверсионная люминесценция графеновых квантовых точек. Chem. Commun. 47 (9), 2580–2582 (2011).https://doi.org/10.1039/C0CC04812G
Артикул Google Scholar
Y. Wang, Z. Li, D. Hu, C.T. Лин, Дж. Ли, Ю. Лин, Нанокомплекс аптамер / оксид графена для молекулярного зондирования in situ в живых клетках. Варенье. Chem. Soc. 132 (27), 9274–9276 (2010). https://doi.org/10.1021/ja103169v
Артикул Google Scholar
W. Chen, P. Yi, Y.Чжан, Л. Чжан, З. Денг, З. Чжан, Композиты из покрытых амидекстраном наночастиц Fe 3 O 4 и оксида графена для магнитно-резонансной томографии клеток. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 3 (10), 4085–4091 (2011). https://doi.org/10.1021/am2009647
Артикул Google Scholar
О. Ахаван, Э. Гадери, Токсичность графена и наностенки из оксида графена против бактерий. АСУ Нано 4 (10), 5731–5736 (2010).https://doi.org/10.1021/nn101390x
Артикул Google Scholar
S. Liu, T.H. Цзэн, М. Хофманн, Э. Буркомб, Дж. Вэй, Р. Цзян, Дж. Конг, Ю. Чен, Антибактериальная активность графита, оксида графита, оксида графена и восстановленного оксида графена: мембрана и окислительный стресс. ACS Nano 5 (9), 6971–6980 (2011). https://doi.org/10.1021/nn202451x
Артикул Google Scholar
X. Го, Н. Мэй, Оценка токсического потенциала наноматериалов семейства графена. J. Food Drug Anal. 22 (1), 105–115 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jfda.2014.01.009
Артикул Google Scholar
К. Кришнамурти, М. Вирапандян, Л. Х. Чжан, К. Юн, С. Дж. Ким, Антибактериальная эффективность графеновых нанолистов против патогенных бактерий посредством перекисного окисления липидов. J. Phys. Chem. С 116 (32), 17280–17287 (2012).https://doi.org/10.1021/jp3047054
Артикул Google Scholar
I. Zarafu, I. Turcu, D.C. Culită, S. Petrescu, M. Popa, M.C. Чифирюк, Ч. Лимбан, А. Телехою, П. Ионит, Антимикробные свойства органического функционализированного оксида графена с выбранными аминами. Материалы 11 (9), 1704 (2018). https://doi.org/10.3390/ma110
Артикул Google Scholar
М. Цао, В. Чжао, Л. Ван, Р. Ли, Х. Гонг, Ю. Чжан, Х. Сю, Дж. Р. Лу, Накопление с помощью оксида графена и послойная сборка антибактериального пептида для замедленного высвобождения Приложения. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10 (29), 24937–24946 (2018). https://doi.org/10.1021/acsami.8b07417
Артикул Google Scholar
O.N. Руис, К.А.С. Фернандо, Б. Ван, Н.А. Браун, П.Г. Луо, Н.Д. Макнамара, М. Вангснесс, Ю.П. Сан, К. Э. Бункер, Оксид графена: неспецифический усилитель клеточного роста. АСУ Нано 5 (10), 8100–8107 (2011). https://doi.org/10.1021/nn202699t
Артикул Google Scholar
M.D. Giulio, R. Zappacosta, S.D. Лодовико, Э. Кампли, Дж. Сиани, А. Фонтана, Л. Челлини, Антимикробная и антибиотикопленочная эффективность оксида графена против хронических раневых микроорганизмов. Противомикробный. Агенты Chemother. 62 (7), e00547-18 (2018).https://doi.org/10.1128/AAC.00547-18
Артикул Google Scholar
H.E. Карахан, К. Вираджа, К. Сюй, Дж. Вэй, Ю. Ван, Л. Ван, Ф. Лю, Ю. Чен, Графеновые материалы в антимикробной наномедицине: текущее состояние и перспективы на будущее. Adv. Здоровьеc. Матер. 7 (13), 1701406 (2018). https://doi.org/10.1002/adhm.201701406
Артикул Google Scholar
М. Калбакова, А. Броз, Дж. Конг, М. Калбак, Графеновые субстраты способствуют адгезии остеобластов человека и мезенхимальных стромальных клеток. Углерод 48 (15), 4323–4329 (2010). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.07.045
Артикул Google Scholar
S.R. Ryoo, Y.K. Ким, М. Ким, Д. Х. Мин, Поведение фибробластов NIH-3T3 на графеновых / углеродных нанотрубках: исследования пролиферации, фокальной адгезии и трансфекции генов.ACS Nano 4 (11), 6587–6598 (2010). https://doi.org/10.1021/nn1018279
Артикул Google Scholar
C.X. Го, X.T. Чжэн, З.С. Лу, X.W. Лу, К. Ли, Биоинтерфейс путем роста клеток на слоистой наноструктуре графен – искусственная пероксидаза – белок для количественного молекулярного обнаружения in situ. Adv. Матер. 22 (45), 5164–5167 (2010). https://doi.org/10.1002/adma.201001699
Артикул Google Scholar
W.C. Ли, C.H.Y.X. Лим, Х. Ши, L.A.L. Тан, Ю. Ван, К. Лим, К. Ло, Происхождение усиленного роста и дифференцировки стволовых клеток на графене и оксиде графена. ACS Nano 5 (9), 7334–7341 (2011). https://doi.org/10.1021/nn202190c
Артикул Google Scholar
N. Li, X. Zhang, Q. Song, R. Su, Q. Zhang, T. Kong, L. Liu, G. Jin, M. Tang, G. Cheng, Продвижение нейритов прорастание и рост клеток гиппокампа мыши в культуре на графеновых субстратах.Биоматериалы 32 (35), 9374–9382 (2011). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.08.065
Артикул Google Scholar
С. Сайяр, Э. Мюррей, Б. Томпсон, С. Гамбхир, Д. Офицер, Г. Уоллес, Ковалентно связанные биосовместимые композиты графен / поликапролактон для тканевой инженерии. Углерод 52 , 296–304 (2013). https://doi.org/10.1016/j.carbon.2012.09.031
Артикул Google Scholar
H.L. Fan, L.L. Wang, K.K. Чжао, Н. Ли, З.Дж. Ши, З.Г. Ge, Z.X. Джин, Изготовление, механические свойства и биосовместимость хитозановых композитов, армированных графеном. Биомакромол 11 (9), 2345–2351 (2010). https://doi.org/10.1021/bm100470q
Артикул Google Scholar
H.N. Lim, N.M. Huang, S.S. Lim, I. Harrison, C.H. Чиа, Изготовление и характеристика графенового гидрогеля с помощью гидротермального подхода в качестве основы для предварительного изучения роста клеток.Int. J. Nanomedicine 6 , 1817–1823 (2011). https://doi.org/10.2147/IJN.S23392
Артикул Google Scholar
Дж. Ян, Дж. Су, Дж. Гао, Х. Ху, К. Гэн, К. Фу, Изготовление хорошо контролируемых пористых пен из модифицированного оксидом графена поли (пропиленкарбоната) с использованием сверхкритического углерода диоксид и его потенциальные применения в тканевой инженерии. J. Supercrit. Жидкости 73 , 1–9 (2013). https://doi.org/10.1016 / j.supflu.2012.11.004
Артикул Google Scholar
S. Shah, P.T. Инь, Т. Уэхара, С. Чуенг, Л. Ян, К. Ли, Направление дифференцировки стволовых клеток в олигодендроциты с использованием гибридных каркасов графен-нановолокно. Adv. Матер. 26 (22), 3673–3680 (2014). https://doi.org/10.1002/adma.201400523
Артикул Google Scholar
S.Сараванан, Н. Сарин, Э. Абу-Эль-Руб, Х. Ашур, Г. Л. Секьера и др., Нанолисты из оксида графена и золота, содержащие хитозановый каркас, улучшают сократимость и функцию желудочков после имплантации в инфарктное сердце. Sci. Отчетность 8 , 15069 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-33144-0
Артикул Google Scholar
S.R. Шин, К.З.М. Акбари, П. Ассавес, Л. Чунг, К. Чжан и др., Гибридные гидрогели восстановленного оксида графена и GelMA в качестве каркаса для инженерии сердечной ткани.Маленький 12 (27), 3677–3689 (2016). https://doi.org/10.1002/smll.201600178
Артикул Google Scholar
G. Zhao, H. Qing, G. Huang, G.M. Генин, Т. Лу, З. Луо, Ф. Сюй, Х. Чжан, Матрицы из нановолоконного фиброина шелка, функционализированные восстановленным оксидом графена, для конструирования возбудимых тканей. NPG Asia Mater. 10 , 982–994 (2018). https://doi.org/10.1038/s41427-018-0092-8
Артикул Google Scholar
M.H. Norahan, M. Amroon, R. Ghahremanzadeh, M. Mahmoodi, N. Baheiraei, Электроактивный коллаген, содержащий оксид графена, способствующий васкуляризации для инженерии сердечной ткани. J. Biomed. Матер. Res. А 107А (1), 204–219 (2018). https://doi.org/10.1002/jbm.a.36555
Артикул Google Scholar
P. Hitscherich, A. Aphale, R. Gordan, R. Whitaker, P. Singh, L.H. Xie, P. Patra, E.J. Ли, Электроактивные композитные каркасы из графена для тканевой инженерии сердца.J. Biomed. Матер. Res. А 106 (11), 2923–2933 (2018). https://doi.org/10.1002/jbm.a.36481
Артикул Google Scholar
С. Малик, Ф.М. Раддок, А.Х. Доулинг, К. Бирн, В. Шмитт и др., Графеновые композиты для стоматологии и биомедицины. Beilstein J. Nanotechnol. 9 , 801–808 (2018). https://doi.org/10.3762/bjnano.9.73
Артикул Google Scholar
V. Rosa, H. Xie, N. Dubey, T.T. Madanagopal, S.S. Rajan, J.L.P. Morin, I. Islam, A.H.C. Нето, субстрат на основе оксида графена: физические и поверхностные характеристики, цитосовместимость и потенциал дифференцировки стволовых клеток пульпы зуба. Вмятина. Матер. 32 , 1019–1025 (2016). https://doi.org/10.1016/j.dental.2016.05.008
Артикул Google Scholar
г. Чен, Д.В.П. Панг, С. Хван, Х. Туан, Ю.C. Hu, Платформа на основе графена для индуцированной культуры и дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток. Биоматериалы 33 (2), 418–427 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.09.071
Артикул Google Scholar
A.E. Jakus, E.B. Secor, A.L. Rutz, S.W. Джордан, М. Херсам, Р. Шах, Трехмерная печать графеновых каркасов с высоким содержанием для электронных и биомедицинских приложений. АСУ Нано 9 (4), 4636–4648 (2015).https://doi.org/10.1021/acsnano.5b01179
Артикул Google Scholar
Q. Chen, J.D. Mangadlao, J. Wallat, A.D. Leon, J.K. Покорски, Р. Advincula, 3D-печать нанокомпозитов из биосовместимого полиуретана / поли (молочной кислоты) / оксида графена: анизотропные свойства. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9 (4), 4015–4023 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.6b11793
Артикул Google Scholar
A.E. Jakus, R.N. Шах, Мульти- и смешанная 3D-печать гибридных материалов графен-гидроксиапатит для сложной тканевой инженерии. J. Biomed. Матер. Res. А 105 (1), 274–283 (2017). https://doi.org/10.1002/jbm.a.35684
Артикул Google Scholar
Z. Gu, Z. Yang, L. Wang, H. Zhou, C.A. Хименес-Крус, Р. Чжоу, Роль основных остатков в адсорбции белков крови на поверхности графена. Sci.Отчетность 5 , 10873 (2015). https://doi.org/10.1038/srep10873
Артикул Google Scholar
Y. Chong, C. Ge, Z. Yang, J.A. Гарате, З. Гу, Дж. К. Вебер, Дж. Лю, Р. Чжоу, Снижение цитотоксичности графеновых нанолистов, опосредованное белковым покрытием крови. АСУ Нано 9 (6), 5713–5724 (2015). https://doi.org/10.1021/nn5066606
Артикул Google Scholar
W. Hu, C. Peng, M. Lv, X. Li, Y. Zhang, N. Chen, C. Fan, Q. Huang, Снижение цитотоксичности оксида графена с помощью белковой короны. АСУ Нано 5 (5), 3693–3700 (2011). https://doi.org/10.1021/nn200021j
Артикул Google Scholar
G. Duan, S. Kang, X. Tian, J.A. Гарате, Л. Чжао, К. Ге, Р. Чжоу, Белковая корона снижает цитотоксичность оксида графена за счет уменьшения его физического взаимодействия с клеточной мембраной.Наномасштаб 7 (37), 15214–15224 (2015). https://doi.org/10.1039/C5NR01839K
Артикул Google Scholar
Ф. Чжоу, Д. Син, Б. Ву, С. Ву, З. Оу, В. Чен, Новое понимание трансмембранного механизма и субклеточной локализации нековалентно модифицированных однослойных углеродных нанотрубок. Nano Lett. 10 (5), 1677–1681 (2010). https://doi.org/10.1021/nl100004m
Артикул Google Scholar
Ю. Ли, Ю. Лю, Ю. Фу, Т. Вэй, Л. Л. Гуйадер, Г. Гао, Р. Лю, Ю. Чанг, К. Чен, Запуск апоптоза в макрофагах чистым графеном через MAPK и TGF -beta сигнальные пути. Биоматериалы 33 (2), 402–411 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.09.091
Артикул Google Scholar
А. Сасидхаран, Л. Панчакарла, П. Чандран, Д. Менон, С. Наир, К. Рао, М. Коякутти, Дифференциальные нано-биологические взаимодействия и эффекты токсичности нетронутого графена по сравнению с функционализированным графеном.Наномасштаб 3 (6), 2461–2464 (2011). https://doi.org/10.1039/c1nr10172b
Артикул Google Scholar
SP Mukherjee, N. Lozano, M. Kucki, AE Del Rio-Castillo, L. Newman, E. Vázquez, K. Kostarelos, P. Wick, B. Fadeel, Обнаружение контаминации эндотоксинами графена на основе материалы с использованием теста экспрессии TNF-α и руководящие принципы для производства оксида графена без эндотоксина. PLoS ONE 11 (11), e0166816 (2016).https://doi.org/10.1371/journal.pone.0166816
Артикул Google Scholar
M.H. Лахиани, К. Гокулан, К. Уильямс, М.В. Ходаковская, С. Харе, Графен и углеродные нанотрубки активируют различные рецепторы клеточной поверхности на макрофагах до и после дезактивации эндотоксинов. J. Appl. Toxicol. 37 (11), 1305–1316 (2017). https://doi.org/10.1002/jat.3477
Артикул Google Scholar
А. Ярош, М. Шкода, И. Дудек, Д. Шукевич, Окислительный стресс и активация митохондрий как основные механизмы, лежащие в основе токсичности графена против раковых клеток человека. Оксид. Med. Cell Longev. (2016). https://doi.org/10.1155/2016/5851035
Артикул Google Scholar
Y. Kang, J. Liu, J. Wu, Q. Yin, H. Liang, A. Chen, L. Shao, оксид графена и восстановленный оксид графена индуцировали апоптоз клеточных линий PC12, полученных из нейральной феохромоцитомы, и изменения клеточного цикла через сигнальные пути ERK.Int. J. Nanomedicine 12 , 5501–5510 (2017). https://doi.org/10.2147/IJN.S141032
Артикул Google Scholar
X. Tian, Z. Yang, G. Duan, A. Wu, Z. Gu et al., Нанолисты из оксида графена замедляют миграцию клеток за счет разрушения актинового цитоскелета. Маленький (2017). https://doi.org/10.1002/smll.201602133
Артикул Google Scholar
Г. Чен, Х. Ян, К. Лу, Ю. Чао, С. Хван и др., Одновременная индукция аутофагии и сигнальных путей толл-подобных рецепторов оксидом графена. Биоматериалы 33 (27), 6559–6569 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.05.064
Артикул Google Scholar
А. Ван, К. Пу, Б. Донг, Ю. Лю, Л. Чжан, З. Чжан, В. Дуань, Ю. Чжу, Роль поверхностного заряда и окислительного стресса в цитотоксичности и генотоксичности оксид графена по отношению к клеткам фибробластов легких человека.J. Appl. Toxicol. 33 (10), 1156–1164 (2013). https://doi.org/10.1002/jat.2877
Артикул Google Scholar
K.H. Ляо, Ю.С. Лин, C.W. Macosko, C.L. Хейнс, Цитотоксичность оксида графена и графена в эритроцитах и фибробластах кожи человека. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 3 (7), 2607–2615 (2011). https://doi.org/10.1021/am200428v
Артикул Google Scholar
Д. Ван, Л. Чжу, Дж. Ф. Чен, Л. Дай, Могут ли квантовые точки графена вызывать повреждение ДНК в клетках? Наномасштаб 7 (21), 9894–9901 (2015). https://doi.org/10.1039/C5NR01734C
Артикул Google Scholar
Z.M. Маркович, Б.З. Ристич, К. Арсикин, Д. Клисич, Л.М.Хархаджи-Трайкович и др., Графеновые квантовые точки как фотодинамические агенты, вызывающие аутофагию. Биоматериалы 33 (29), 7084–7092 (2012). https: // doi.org / 10.1016 / j.biomaterials.2012.06.060
Артикул Google Scholar
X. Tian, B. Xiao, A. Wu, L. Yu, J. Zhou, Y. Wang, N. Wang, H. Guan, Z. Shang, Квантовые точки с гидроксилированным графеном вызывают старение клеток как р53-зависимым, так и -независимым образом. Toxicol. Res. 5 (6), 1639–1648 (2016). https://doi.org/10.1039/C6TX00209A
Артикул Google Scholar
Л. Мао, М. Ху, Б. Пань, Ю. Се, Э. Дж. Петерсен, Биораспределение и токсичность радиоактивно меченного многослойного графена у мышей после интратрахеальной инстилляции. Часть. Fiber Toxicol. 13 , 7 (2016). https://doi.org/10.1186/s12989-016-0120-1
Артикул Google Scholar
С. Шьяма, В. Пол, А. Сабарисваран, П.В. Моханан, Рамановская спектроскопия для обнаружения распределения органов и очистки от ПЭГилированного восстановленного оксида графена и биологических последствий.Биоматериалы 131 , 121–130 (2017). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.03.043
Артикул Google Scholar
M.C.P. Mendonça, E.S. Соареш, М. де Хесус, Х.Дж. Сераджоли, М.С. Феррейра, Р.Р. Катарино, М.А. да Круз-Хофлинг, Восстановленный оксид графена вызывает временное открытие гематоэнцефалического барьера: исследование in vivo. Ж. Нанобиотехнология 13 (1), 78 (2015). https://doi.org/10.1186/s12951-015-0143-z
Артикул Google Scholar
С. Сюй, З. Чжан, М. Чу, Долгосрочная токсичность нанолистов с восстановленным оксидом графена: влияние на репродуктивную способность самок мышей и развитие потомства. Биоматериалы 54 , 188–200 (2015). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.03.015
Артикул Google Scholar
S.K. Сингх, М. Сингх, М. Наяк, С. Кумари, С. Шривастава, J.J.A. Грацио, Д. Даш, Свойство атомарно тонких листов оксида графена индуцировать тромбирование.ACS Nano 5 (6), 4987–4996 (2011). https://doi.org/10.1021/nn201092p
Артикул Google Scholar
Х. Юэ, В. Вэй, З. Юэ, Б. Ван, Н. Луо, Ю. Гао, Д. Ма, Г. Ма, З. Су, Роль латерального измерения графена оксид в регуляции клеточных ответов. Биоматериалы 33 (16), 4013–4021 (2012). https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.02.021
Артикул Google Scholar
Вводная глава: Графен и его приложения
\ n2.Синтез графена
\ nСинтез графена означает любой процесс производства или извлечения графена из графита. Выбор метода зависит от желаемого размера, количества и чистоты. Техника синтеза влияет на структуру и свойства производимого графена. Существуют варианты слоев графена из разных методов, таких как однослойный, двухслойный или многослойный, и они имеют разные приложения в различных областях науки и технологий, таких как устройства хранения энергии, биотехнология, память, электроника, датчики и т. Д.Исследователи используют разные методы, особенно когда требуется большое количество. Затем мы обсудим различные методы синтеза, приложения, его текущее состояние, прогресс и перспективы на будущее.
\ nПри синтезе материалов на основе графена шаровая мельница и гидротермальные методы оказались дешевле, метод электропрядения демонстрирует преимущества в сборке композитных нанопроволок, а метод с использованием микроволн проще и быстрее в производстве. Мы также объяснили методы синтеза графена, а его производные обсуждаются во второй главе этой книги.В третьей главе описан новый метод, такой как жидкофазный метод эксфолиации для синтеза и увеличения концентрации графена, который подходит для изготовления высокоэффективных современных электронных устройств (рис. 1).
\ nРис. 1.
Структура листа графена, сложенного графена, свернутого графена и свернутого графена. Воспроизведено из исх. [7].
\ n \ n2.1 Техника расщепления и отшелушивания
\ nЭтот метод делится на два: (1) механическое отшелушивание и (2) химическое отшелушивание.Механическое расслоение — это искажение слабой силы Ван-дер-Ваальса, удерживающей углерод-углеродный атом вместе. Химический метод — это производство коллоидной суспензии, которая производит графен из графитовых соединений. Графит представляет собой несколько плотно упакованных слоев графеновых листов, следовательно, связанных друг с другом слабой силой Ван-дер-Ваальса. Листы графена высокой чистоты можно изготавливать из листа графита, разрывая связи, которые удерживали их вместе. Следовательно, расслоение и расщепление — это использование механической или химической энергии для разрушения этих слабых связей и разделения отличительных листов графена.Viculis et al. [4] были первыми, кто применил этот принцип, используя металлический калий для разделения листов чистого графита, а затем расслаивая их с помощью этанола, чтобы сформировать дисперсию листов графена.
\ n \ n \ n2.2 Методы химического осаждения из паровой фазы (CVD)
\ nВ химических парофазных методах используется парофазное расслоение. Этот метод химически извлекает листы графена из графита без прохождения стадии расслоения. Horiuchi et al. [9] были первыми, кто создал листы графена с помощью этого метода.Они использовали метод изготовления углеродных нанопленок (УНВ) с использованием обычных графитовых листов.
\ nСуществует много типов CVD, в зависимости от доступных прекурсоров, необходимой структуры, качества материала и размеров, и есть много применимых процессов CVD, таких как термический, плазменный (PECVD), холодный, реактивный , горячая стенка [9] и т. д. Тонкие пленки графена формируются на меди или никеле в основном методом химического осаждения из газовой фазы.
\ n \ n \ n2.3 Пиролиз графена
\ nПиролиз использует сольвотермический метод для синтеза графена из графита восходящим подходом.Этоксид натрия и этанол смешивали в молярно-массовом соотношении 1: 1 в закрытом сосуде при интенсивной термообработке и ультразвуковой обработке; этот процесс отделяет графен от графита [10].
\ n \ n \ n2.4 Другие методы
\ n \ n2.4.1 Распаковка УНТ
\ nОдин из последних методов изготовления графена — это тип синтеза, в котором в качестве исходного используются многослойные углеродные нанотрубки (MWNT). материал. Этот метод широко известен как «распаковка CNT». MWNT можно распаковать в продольном направлении с помощью интеркаляции лития и аммиака с последующей интенсивной кислотной и термической обработкой, которая немедленно вызывает отслаивание [11].
\ n \ n \ n2.4.2 Термическое разложение кристалла рутения
\ nМонослои графена могут быть выращены на монокристаллической поверхности рутения (Ru 0001) в сверхвысоком вакууме (4,0 × 10 −11 Торр) [11]. Было обнаружено, что графен может образовываться на поверхности кристалла. Это может быть достигнуто тепловым разложением этилена (предварительно адсорбированного на поверхности кристалла при комнатной температуре) при 1000 К или контролируемой сегрегацией углерода из объема подложки [12].
\ n \ n \ n2.4.3. Термическое разложение SiC
\ nТермическое разложение кремния на плоскости поверхности монокристалла 6H-SiC с целью получения графена недавно привлекло внимание исследователей. Это занимает меньше времени, и в последнее время стали популярными методы выращивания графена [13].
\ n \ n \ n \ n3. Оксид графена
\ nОксид графена (GO) — продукт графена, полученный окислением графена. Он имеет единственный мономолекулярный слой, содержащий кислородные функциональные группы, такие как карбоксильные, карбонильные, эпоксидные или гидроксильные группы [14].Эти дополнительные функции расширяют разделение между слоями и делают материал гидрофильным (что означает, что они могут быть диспергированы в воде). Слои графена, наложенные друг на друга, образуют графит с межплоскостным расстоянием 0,335 нм. Отдельные слои графена в графите удерживаются вместе силами Ван-дер-Ваальса. ОГ синтезируются в основном на основе широко известного метода Хаммерса, в котором графит окисляется раствором перманганата калия в водородной тетраоксосульфатной (IV) кислоте [15].
\ nДиаграмма на рис. 2 иллюстрирует процессы и стадии перехода от графита к графену, от графена к оксиду графена и оксида графена к восстановленному оксиду графена [14, 16]. Многих ученых смущает разница между производными углерода (рис. 3).
\ nРисунок 2.
Этапы синтеза GO и rGO. Воспроизведено из исх. [8].
\ nРисунок 3.
Цикл синтеза графена / GO / rGO. Воспроизведено из исх. [33].
\ nОксид графена диспергируется в воде и других органических растворителях, таких как этанол, 1-пропанол, ацетон, метанол, этиленгликоль, пиридин и т. Д.а также в разных матрицах. Это свойство ГО было связано с наличием кислородных функциональных групп.
\ n \ n3.1 Восстановленный оксид графена (rGO)
\ nВосстановленный оксид графена (rGO) — это оксид графена (GO), в котором содержание кислорода снижается термическим, химическим или любым другим способом. Оксид графена восстанавливается для улучшения гексагональной решетки сот, искаженной в процессе окисления от графена до оксида графена, а также для повышения его электропроводности [14, 34].Также наблюдается, что после удаления большей части кислородных групп полученный восстановленный оксид графена становится недисперсным в растворителе из-за его тенденции к образованию агрегатов (рис. 4).
\ nРис. 4.
Схема восстановленного оксида графена (rGO). Воспроизведено из исх. [34].
\ n \ n \ n4. Области применения графена / GO / rGO
\ nГрафит и его производные недавно приобрели известность в науке и технике благодаря своим многочисленным применениям. Открытие графена по праву считается вехой в мире материаловедения; Как видно из всемирного внимания, материал получил в областях электроники, фотоники, конденсаторов / суперконденсаторов, биосенсоров и т. д.Они используются во многих приложениях, как показано ниже. В этой книге подробно обсуждаются применения графена и его производных. Эти приложения включают фотокатализ, электронику, зондирование газа, гетерогенные электроды на основе графена для устройств накопления энергии и т. Д. Кроме того, в этой книге описываются звуковые устройства на основе графена.
\ n \ n4.1 Электроника
\ nGO используются в производстве электроники в качестве исходных материалов. Электронные устройства, такие как транзисторы с графеновым эффектом (GFET) и полевые транзисторы (FET), основаны на графене [17].Восстановленные оксиды графена (rGO) используются в качестве химических сенсоров [18]. Функционализированный оксид графена в сочетании с глюкозооксидазой, нанесенной на электродный материал, используется в качестве электрохимического сенсора глюкозы [19]. Они широко используются в производстве электронных устройств, таких как светодиоды (светодиоды) и солнечные элементы. Восстановленный оксид графена, диспергированный в растворителе, можно использовать в производстве прозрачного электрода, который является альтернативным прозрачным электродом, таким как FTO и ITO [20].
\ n \ n \ n4.2 Накопление энергии
\ nНанокомпозиты из восстановленного оксида графена имеют большую площадь поверхности и хорошую проводимость, что делает их пригодными для использования в суперконденсаторах и литий-ионных батареях с хорошей емкостью хранения энергии. Суперконденсаторы на основе GO и литий-ионные батареи обладают высокой емкостью хранения энергии, длительным сроком службы и хорошей стабильностью цикла.
\ n \ n \ n4.3 Очистка воды
\ nЕще в 1960-х годах [21] ученые начали изучать использование оксида графита при опреснении воды.В 2011 г. некоторая группа исследователей применила принцип обратного осмоса с использованием ГО для достижения той же цели [22]. Было обнаружено, что графит пропускает воду, но задерживает некоторые более крупные ионы [23]. Его узкие одно- или двухслойные капилляры пропускают воду, но задерживают тяжелые ионы.
\ nБолее того, в 2015 году группа ученых также очищала воду с помощью графенового чая, удаляя 95% ионов тяжелых металлов в водном растворе [24].
\ nСообщалось, что в 2006 году инженеры изготовили тонкую пленку на основе графена, работающую от солнечной энергии, которая обладает качеством фильтрации грязной и соленой воды.Эти пленки нетяжелые и легко производятся в больших масштабах [24].
\ n \ n \ n4.4 Биомедицинские приложения
\ nГрафит и его производные, такие как GO, широко используются в биомедицине в качестве компонента системы доставки лекарств. Магнетит, смешанный с GO и доксорубицин гидрохлоридом (DXR), лекарственным средством, адсорбированным на системе, используется в качестве противоопухолевого лечения, направляя его на определенное место для уничтожения раковых клеток.
\ n \ n \ n4.5 Биосенсоры
\ nОксид графена и восстановленный оксид графена встроены во многие устройства.Эти устройства на основе GO- / rGO изготовлены с качеством, позволяющим идентифицировать биологически значимые молекулы. GO / rGO использует характеристики флуоресцентного резонансного переноса энергии (FRET) для эффективной работы в качестве биосенсора.
\ n \ n \ n4.6 Элементное хранилище
\ nВсе элементы, входящие в состав функциональных групп GO или rGO, можно эффективно хранить в своих листах и извлекать позже для использования, а также исследуются возможности их применения в хранении водорода.
\ n \ n \ n4.7 Плазмоника
\ nНедавно наука о плазмонике обнаружила, что ближнепольная инфракрасная оптическая микроскопия [25] и инфракрасная спектроскопия [26] графена обеспечивают приспособление для плазмонной поверхностной моды [27].
\ n \ n \ n4.8 Смазка
\ nУченые недавно обнаружили, что графеновые смазки работают лучше, чем обычно используемые графитовые смазки. Графеновая смазка, нанесенная на шарикоподшипниковый ролик или стальной шарик и стальной диск, длилась 6500 циклов, в то время как наши обычно используемые графитовые смазки работали только 1000 циклов [24].
\ n \ n \ n4.9 Поглощение радиоволн
\ nНебесно сжатый слой графена, нанесенный на стеклянные подложки, поглощает радиоволны в диапазоне длин волн 125–165 ГГц на 90% [24].В наших современных домах графен служит покрытием крыш, дверей и окон для защиты домов от радиопомех [28].
\ n \ n \ n4.10 Наноантенны
\ nНаноантенна, называемая плазмонной наноантенной на основе графена (GPN), работает на длине волны миллиметра в радиодиапазоне. Эта наноантенна лучше, чем наши обычные антенны, потому что ее рабочая длина волны поверхностных плазмонных поляритонов намного меньше по сравнению с длиной волны электромагнитных волн, распространяющихся на той же частоте.Диапазон рабочих частот наших обычных антенн от 100 до 1000, что очень много по сравнению с GPN [29].
\ n \ n \ n4.11 Звуковые преобразователи
\ nГрафен был предсказан как хороший кандидат для производства электростатических аудиомикрофонов и динамиков из-за их легкого веса, который обеспечивает умеренно хорошую частотную характеристику [30]. В 2015 году были изготовлены ультразвуковой аудиомикрофон модели А и динамик; он работает в диапазоне частот 20–500 кГц [31].Его рабочие характеристики обеспечивали КПД до 99%, хорошую и равномерную выходную частоту во всем слышимом диапазоне [32].
\ n \ n1. Введение
Скрытие информации [1] — это искусство сокрытия секретных данных в цифровом объекте, таком как изображение или видео, без значительного искажения содержимого объекта. Рабочий процесс сокрытия информации можно описать следующим образом. Укрыватель данных использует секретный ключ для встраивания секретных данных в цифровой объект (обычно также называемый cover ) путем изменения содержимого обложки.Результирующий объект, несущий секретные данные (обычно также называемый stego ), не вносит заметных артефактов и будет передан на приемник данных. Во время передачи стего может быть атакован или проанализирован противником. Когда получатель данных получает возможно измененное стего, он сможет идеально или почти идеально реконструировать секретные данные со стего. В отличие от криптографии, которая оставляет четкие следы на зашифрованных данных, сокрытие информации может использоваться даже для сокрытия существования текущего сообщения.
Скрытие информации — это развивающаяся и междисциплинарная область исследований, охватывающая различные приложения, среди которых в настоящее время два популярных направления — водяные знаки [2] и стеганография [3]. В частности, простота использования, воспроизведения, редактирования и распространения цифровых коммерческих продуктов вызвала растущее беспокойство по поводу защиты авторских прав для цифровых мультимедийных файлов, в результате чего водяные знаки по-прежнему остаются основным видом деятельности при обработке цифровых мультимедиа. В отличие от водяных знаков, направленных на защиту авторских прав на цифровой продукт, стеганография, как еще одна важная ветвь сокрытия информации, скрывает существование скрытой информации и, следовательно, может использоваться для секретной связи.Он работает, скрывая секретное сообщение в невинной обложке, такой как текст, изображение, видео и аудио, путем изменения шумоподобного компонента обложки таким образом, чтобы полученный стеган имел низкие искажения обложки и, следовательно, не был вызвать подозрение.
Как упоминалось выше, скрытие информации требует от нас выбора цифрового объекта в качестве обложки для встраивания. Таким образом, простая идея классификации алгоритмов сокрытия информации основана на типе выбранного покрытия. Например, изображение по-прежнему остается самым популярным типом обложек из-за его широкого распространения в социальных сетях.Ряд алгоритмов сокрытия информации изначально разработан для изображений, например, [4, 5, 6]. Другие обложки, такие как видеопоследовательности [7, 8, 9, 10], речь [11], естественный язык [12], вызывают все больший интерес исследователей. Недавно исследования показали, что даже социальное поведение [13, 14] может быть использовано для сокрытия информации. С точки зрения стратегий внедрения данных, сокрытие информации можно грубо разделить на четыре категории, то есть пространственный домен , преобразованный домен , сжатый домен и структурный домен .Принимая цифровое изображение для объяснения, пространственная область соответствует наиболее интуитивно понятной и эффективной реализации, которая позволяет нам напрямую изменять пространственные пиксели изображения. Встраивание данных в преобразованную область часто требует более высокой вычислительной сложности из-за операции преобразования. Например, применяя операцию дискретного косинусного преобразования (DCT) к полутоновому изображению, можно использовать DCT-коэффициенты для сокрытия данных. По сравнению с внедрением данных в пространственный домен, встраивание в преобразованный домен более устойчиво к злонамеренным атакам.Встраивание данных в сжатую область более сложно и проблематично, чем в пространственной / преобразованной области, потому что энтропия в сжатой области высока и, следовательно, приводит к небольшой емкости для передачи секретных данных. Структурная область означает встраивание секретных данных в файловую структуру обложки, подразумевая, что не будет внесено никаких визуальных / слуховых искажений. Однако с точки зрения злоумышленника четкие метки в зарезервированном поле файла могут указывать на существование скрытой информации, что снижает безопасность.
С теоретико-информационной точки зрения сокрытие информации можно смоделировать как коммуникационную задачу, которая направлена на безопасную передачу секретного сообщения получателю путем встраивания секретного сообщения в укрытие без значительного ухудшения укрытия. С одной стороны, мы ожидаем встроить как можно больше секретных битов, чтобы укрытие могло нести достаточную полезную нагрузку. С другой стороны, для фиксированного размера секретного сообщения мы ожидаем, что искажение, вызванное встраиванием данных, будет как можно меньше, так что стего будет казаться нормальным и, следовательно, не вызовет подозрений.Соответственно, наиболее часто используемый метод для оценки алгоритмов сокрытия информации — это соотношение «скорость-искажение», где «скорость» означает размер полезной нагрузки, а «искажение» измеряет разницу между стего и обложкой.
Многие алгоритмы сокрытия информации эвристически оптимизируют производительность искажения. Например, водяной знак с обратимым изображением [15, 16] позволяет восстанавливать секретные данные и исходную обложку на стороне получателя данных. Обычный подход к реализации обратимости — это обратимый сдвиг так называемой гистограммы ошибок предсказания (PEH), т.е.е., исходный PEH может быть полностью восстановлен из помеченного PEH. Необходимо выбрать подходящие параметры сдвига так, чтобы искажение, вызванное сдвигом, могло быть низким, что, таким образом, приводило к хорошему соотношению скоростей и искажений. Во многих работах [17, 18, 19] эвристически выбираются параметры сдвига для внедрения, что может быть неоптимальным с точки зрения оптимизации скорости-искажения из-за разнообразия покрытия. Это мотивирует нас изучать методы детерминированной оптимизации, которые применимы к различным покрытиям и приводят к оптимальной / почти оптимальной производительности.
На основе вышеупомянутого анализа в этой главе мы представим графические модели, которые можно использовать для оптимизации скорости-искажения сокрытия информации. Все эти модели построены по одной и той же схеме. То есть проблема оптимизации, которую необходимо решить при сокрытии информации, сначала моделируется как проблема графа. Затем, используя алгоритм графа, можно найти оптимальное решение проблемы графа, указывая, что можно использовать оптимальные параметры или стратегии, полученные из оптимального решения задачи графа (при ограничениях) для сокрытия информации.
Остальная часть этой главы организована следующим образом. Сначала мы даем основные концепции и алгоритмы теории графов в разделе 2. Затем, в разделе 3, мы вводим модели графов для сокрытия информации. Наконец, мы завершаем эту главу в разделе 4.
2. Основные концепции и алгоритмы в теории графов
Граф G ( V , E ) — это нелинейная структура, которая состоит из двух наборов, т. Е. , набор узлов (или, скажем, набор вершин) V = { v 1 , v 2 ,…, v n } и набор кромок E = { e 1 , e 2 ,…, e m }, где n и m представляют размер V и размер E соответственно.Можно написать | V | = n и | E | = м . Каждый край e i в E соединяет два узла v j и v k в V , а именно, e i = ( v j , v k ). Два узла обычно отличаются друг от друга, то есть j ≠ k . G ( V , E ) является либо направленным , либо ненаправленным .Термин «направленный» означает, что каждое ребро в E связано с направлением, например, e i = ( v j , v k ) представляют собой направленный край от v j — v k . Следовательно, ( v j , v k ) отличается от ( v k , v j ) для ориентированного графа. Напротив, в «ненаправленной» настройке нет разницы между ( v j , v k ) и ( v k , v j ), т.е.е., они эквивалентны друг другу. Если не упомянуто, мы будем рассматривать G ( V , E ) как неориентированный граф. В литературе можно найти множество моделей и алгоритмов графов. В этой главе, для автономности, мы кратко рассмотрим методы работы с графами, которые будут использоваться позже.
2.1 Обход и раскраска графа
Обход графа называется процессом посещения каждого узла графа. Это можно сделать с помощью поиска в глубину (DFS) или поиска в ширину (BFS) [20].Принимая DFS для объяснения, узел и сначала случайным образом выбирается в качестве начального узла и маркируется, чтобы показать, что он был ранее обработан (или посещен). Если есть узел v , который находится рядом с u и v не был обработан, v будет выбран в качестве нового начального узла и должен быть помечен как обработанный. Здесь узел смежный с другим узлом означает, что их соединяет ребро. Вышеупомянутый процесс будет рекурсивно выполняться до тех пор, пока не будут посещены все узлы.Таким образом, когда процедура DFS достигает определенного узла u , она пытается посетить соседний узел v или u , затем соседний узел w или v и так далее. Обратите внимание, что если G ( V , E ) имеет несколько подключенных компонентов, процедура DFS может выполняться несколько раз, чтобы каждый раз можно было обрабатывать подключенный компонент. В отличие от DFS, если процедура BFS достигает узла и , она сначала обрабатывает все соседние узлы и .Затем для каждого обработанного соседнего узла v он продолжит аналогичную процедуру. Хотя DFS и BFS посещают узлы по-разному, они имеют одинаковую временную сложность, то есть O (| V | + | E |).
Во время DFS или BFS каждому узлу может быть назначен цвет, который относится к раскраске графа (узла) [20]. Мы можем использовать два разных цвета (например, «красный» и «черный») для раскраски графа, чтобы каждый узел был окрашен в красный или черный цвет. Между тем, для каждого узла (который не изолирован) всегда есть еще один соседний узел, цвет которого отличается от цвета текущего узла.Это можно сделать в процессе посещения. Например, предполагая, что мы достигли узла u от узла v , мы можем назначить цвет, отличный от v до u , то есть, если v черный, u будет быть окрашенным в красный цвет.
2.2 Соответствие взвешенного двудольного графа
G ( V , E ) называется двудольным графом , если набор узлов V может быть разделен на два непересекающихся набора узлов V 1 и V 2 , что все ребра в E соединяют узел в V 1 и узел в V 2 .А именно, мы можем написать V 1 ∪ V 2 = V , V 1 ∩ V 2 = ∅ и ∀ ( u , v ) ∈ E , u ∈ V 1 , v ∈ V 2 . Соответствие G является таким подмножеством E , что никакие два ребра в подмножестве не имеют общего узла. Узел соответствует , если он связан одним ребром в сопоставлении.В противном случае узел называется несоответствующим . Максимальное соответствие G — это такое соответствие, которое имеет наибольший размер, то есть общее количество ребер в сопоставлении является максимальным. Взвешенный двудольный граф означает, что каждому ребру в E назначен вес. Минимальное взвешенное максимальное сопоставление взвешенного двудольного графа — это такое максимальное сопоставление, при котором сумма весов ребер минимальна. Для вычисления минимально взвешенного максимального соответствия можно использовать венгерский алгоритм или алгоритм минимальной стоимости и максимального потока [20].
3. Графические модели при сокрытии информации
На рисунке 1 показана общая структура сокрытия информации, в которой изображение используется в качестве обложки. В этой главе, если не указано иное, мы будем использовать изображение в градациях серого в качестве объекта обложки. Ссылаясь на рисунок 1, пусть x = { x 1 , x 2 ,…, x N } будет последовательностью обложек, где N — общее количество элементов обложки . Например, если обложка представляет собой 8-битное изображение в оттенках серого, все возможные x i ∈ x будут находиться в диапазоне [0, 255], т.е.например, x ∈ {0, 1,…, 255} N . Заданные секретные данные m = { m 1 , m 2 ,…, m L } ∈ {0,1} L и секретный ключ k ∈ { o, 1} T , цель внедрения данных — изменить x как новую последовательность y = { y 1 , y 2 ,…, y N } (также называемая стего-последовательностью), что м может быть перенесено на на .А именно мы можем писать.
Рисунок 1.
Общие рамки сокрытия информации.
y = Embedxmk.E1
Для извлечения данных приемник данных должен иметь возможность извлекать m из y , т. Е.
m = Extractyk.E2
В некоторых приложениях, например, при использовании обратимых водяных знаков [16 ], дополнительно требуется, чтобы x полностью восстанавливалось из y . Для фиксированного размера м необходимо, чтобы искажение из-за встраивания данных было как можно меньше.А именно, мы ожидаем минимизировать искажение между x и y , обозначенным D ( x , y ), для фиксированного м . Другими словами, для фиксированного D ( x , y ) мы надеемся встроить как можно больше секретных данных, т.е. ожидается, что размер м будет как можно больше. Многие передовые алгоритмы сокрытия информации разработаны в соответствии с этим принципом. В следующих подразделах мы представим методы графа, которые можно использовать для решения указанной выше задачи оптимизации.
3.1 Многобитовое отображение с использованием раскраски графа
Простейшим методом сокрытия информации является замена младшего значащего бита (LSB), которая позволяет нам изменять x , заменяя младшие биты всех элементов в x секретными битами. Операция внедрения данных для замены LSB может быть описана как:
yi = xi – ximod2 + mi, E3
, где 1 ≤ i ≤ N = L , «mod» означает операцию по модулю, а m i — это i -й секретный бит для встраивания.Например, если значение i -го пикселя покрытия равно 247 (т. Е. x i = 247), после встраивания значение пикселя будет по-прежнему 247 (т. Е. y i = 247), если внедряемый секретный бит равен 1 (т. Е. m i = 1). В противном случае, если внедряемый секретный бит равен 0 (т.е. m i = 0), значение пикселя станет 246, то есть y i = 247 — (247 mod 2) + 0 = 246. Для извлечения данных, извлекая младшие биты y , можно восстановить m , т.е.е.,
mi = yimod2,1≤i≤N.E4
Например, секретный бит 1 (т. е. m i = 1) может быть извлечен из пикселя, значение которого равно 247 (т. е. y i = 247), потому что m i = y i mod 2 = 247 mod 2 = 1. При замене LSB есть два способа изменить элемент крышки, т. Е. Сохранить элемент обложки без изменений или переворачивание младшего разряда элемента обложки. Это указывает на то, что с теоретико-информационной точки зрения каждый элемент покрытия может нести ровно один секретный бит, что означает, что максимальный размер полезной нагрузки для x составляет N (бит).Очевидно, что когда количество способов изменения элемента обложки больше двух, элемент обложки сможет нести больше битов. Это можно проанализировать в виде графика. Ясно, что каждый элемент покрытия соответствует узлу в графе. Ребра между узлами обозначают отношение модификации между узлами. Например, на рис. 2 (а) показан график замены младшего разряда. Каждый четный элемент крышки соответствует v 1 , а нечетный элемент крышки соответствует v 2 . v 1 и v 2 соответственно отображаются в «0» и «1». Во время встраивания данных, если элемент обложки, соответствующий v 1 , совпадает с секретным битом, элемент обложки не изменится. В противном случае оно будет заменено новым значением, чтобы новое значение соответствовало v 2 , совпадающему с битом.
Рисунок 2.
Примеры анализа информации, скрывающейся в графе: (a) два узла {v 1 , v 2 } отображаются в «0» и «1», (b) четыре узла {v 1 , v 2 , v 3 , v 4 } соответственно отображаются на «01», «10», «00» и «11», (c) четыре узла {v 1 , v 2 , v 3 , v 4 } соответственно отображаются на «11», «10», «0» и «0».
Пусть A ( v ) представляет собой смежный набор узла v , например, A ( v 1 ) = { v 1 , v 2 } на рисунке 2 (а). Обратите внимание, что мы рассматриваем сам узел как элемент смежного набора. Можно сделать вывод, что общее количество модификаций узла равно размеру смежного набора. Более того, большее количество модификаций означает, что узел может использоваться для переноса большего количества битов.Например, на рисунке 2 (b) для каждого узла размер смежного набора равен 4, что указывает на то, что каждый узел может нести 2 бита. Очевидно, что с учетом графа мы можем назначить битовый поток каждому узлу, что означает, что узел может нести назначенный битовый поток (размер которого может равняться 1). Чтобы гарантировать, что связанные потоки битов могут использоваться для сокрытия информации, требуется, чтобы для каждого неизолированного узла мы могли выбрать по крайней мере один узел из его смежного набора так, чтобы назначенный поток битов совпадает с секретными данными, т.е.е., битовый поток должен соответствовать префиксу секретных данных. Например, на рисунке 2 (b) для всех узлов смежный набор равен { v 1 , v 2 , v 3 , v 4 }, что является отображается на {«01», «10», «00», «11»}. Можно сделать вывод, что любые секретные данные должны начинаться с битового потока, принадлежащего {«01», «10», «00», «11»}. Поэтому мы говорим, что граф, связанный с битовыми потоками, показанный на рисунке 2 (b), может использоваться для сокрытия информации.Напротив, график на Рисунке 2 (c) нельзя использовать для сокрытия информации. Причина в том, что для v 4 смежным набором является { v 3 , v 4 }, все элементы которого отображаются в «0», что не может соответствовать тем запускаемым секретным потокам. с «1». Следовательно, с учетом графа, как назначать битовые потоки узлам (чтобы все узлы могли использоваться для переноса данных) является ключевой проблемой.
Математически, учитывая подключенный граф G ( V , E ), цель состоит в том, чтобы отобразить каждый узел в поток битов, чтобы для каждого узла мы всегда могли выбрать такой узел из смежный набор, что выбранный узел соответствует префиксу секретных данных.Между тем, желательно, чтобы назначенные потоки битов могли эффективно использовать взаимосвязь модификации между узлами. Это определяется как проблема многобитового отображения, которая может быть решена с помощью раскраски многоуровневого графа [4], цель которой — добавить новый бит (если есть) в конец ранее назначенных битов каждого узла на каждом уровне. так что все узлы могут быть окончательно отображены в битовый поток. Ниже приведены подробности.
На первом уровне, используя DFS или BFS, каждый узел в исходном графе G может быть окрашен в «красный» или «черный».Более того, для каждого u ∈ V всегда существует такой v ∈ A ( u ), что v имеет другой цвет, чем u . Мы можем присвоить секретный бит «0» всем красным узлам и «1» всем черным узлам. Таким образом, для каждого u ∈ V всегда существует один узел v ∈ A ( u ), который v имеет бит, противоположный u . Другими словами, для любого элемента крышки, соответствующего u ∈ V , мы всегда можем изменить элемент крышки так, чтобы новое значение элемента крышки соответствовало v ∈ A ( u ) и отображаемый бит v равен внедряемому секретному биту.
Предполагая, что процедура раскраски k -го слоя была завершена, а это означает, что максимальное количество назначенных битов для узла составляет k , мы должны выполнить раскраску ( k + 1) -го слоя. Подробные шаги для раскраски ( k + 1) -го слоя следующие.
Шаг 1) Соберите все узлы, которые ранее были сопоставлены с потоком битов длиной k . Например, после выполнения процедуры раскраски первого уровня каждый узел отображается на один бит («0» или «1»), т.е.е., битовый поток имеет длину 1. Это означает, что все узлы будут использоваться во втором уровне раскраски, поскольку все они отображаются в битовый поток длиной 1.
Шаг 2) Все собранные узлы в Шаге 1) будут разделены на 2 k наборов в соответствии со значениями битовых потоков. Например, все собранные узлы будут разделены на 2 подмножества во втором слое. А именно, один набор содержит узлы, которые отображаются в «0», а другой набор содержит узлы, которые отображаются в «1».Пусть C s представляет набор, включающий все узлы, которые отображаются в битовый поток со значением s , где 0 ≤ s <2 k . Например, узел принадлежит к C, 15 , если он отображается на битовый поток «001111», где k = 6. Возможно, что C s является пустым набором. Для каждого непустого набора C s все узлы, принадлежащие C s , и все ребра, соединяющие два узла, принадлежащие C s , могут быть использованы для построения графа G s ( V s , E s ), который должен быть подграфом G ( V , E ).
Шаг 3) G s может содержать несколько подключенных компонентов. Мы применяем DFS или BFS к G s , чтобы каждому узлу в V s можно было назначить еще один бит. Использование DFS или BFS аналогично первому уровню. Очевидно, что для каждого узла в V s , если мы добавим бит в конец предыдущего битового потока, новый битовый поток будет иметь длину k + 1. Чтобы гарантировать, что новый бит -потоки подходят для сокрытия информации, некоторые назначенные биты на этом шаге должны быть отменены, т.е.е., биты, назначенные некоторым узлам (если есть) в V s , будут аннулированы. Другими словами, длины новых битовых потоков некоторых узлов в V s не станут k + 1, потому что назначенные им биты на этом этапе аннулируются. Подробности приведены на следующем шаге.
Шаг 4) Пусть B s = { v | ( u , v ) ∈ E , u ∈ V s , v ∈ V — V s } представляют собой контрольный набор.Можно сделать вывод, что B s ∩ V s = ∅, B s ⊂ V и V s ⊂ V . Для каждого узла v ∈ B s , если всем соседним узлам v в V s назначен один и тот же бит на шаге 3) , мы случайным образом выбираем один узел среди этих смежных узлов и отмените вновь назначенный бит на шаге 3) для выбранного узла.Путем обработки всех узлов в B s , вновь назначенные биты некоторым узлам в V s могут быть отменены. Остальные назначенные биты рассматриваются как ( k + 1) -й бит соответствующих узлов. Повторите Шаг 3–4) , пока не будут обработаны все C s .
Алгоритм раскраски многослойного графа завершается, когда в определенном слое нет нового бита. Например, если в исходном графе 64 узла, количество слоев будет не больше 6, поскольку 64 = 2 6 .Для лучшего понимания процедуры многослойной раскраски мы приводим пример на рисунке 3, на котором есть шесть узлов и девять ребер в графе. Наша цель — отобразить каждый узел в графе в битовый поток неопределенной длины. Прежде всего, мы можем использовать DFS для присвоения каждому узлу «0» или «1». Подробно, если предположить, что порядок посещения DFS равен v 1 → v 2 → v 4 → v 5 → v 6 → v 3 , мы можем назначить «0» для { v 1 , v 4 , v 6 , v 3 } и «1» для { v 2 , v 5 }.Обратите внимание, что здесь v 3 посещаются из v 5 . Если v 5 ранее было отображено в «1», v 3 будет отображаться в противоположный бит «0». { v 1 , v 4 , v 6 , v 3 } и { v 2 , v 5 } — это два подмножества, которые будут обрабатываться во втором слое. Для подмножества { v 1 , v 4 , v 6 , v 3 } порядок посещения DFS: v 1 → v 3 → v 4 → v 6 , что позволяет нам присвоить «0» для { v 1 , v 4 } и «1» для { v 3 , v 6 }.Набор чеков: { v 2 , v 5 }. Для v 5 отмена любого нового бита не требуется, в то время как для v 2 бит «0», присвоенный v 1 , отменяется псевдослучайно, поскольку все соседние узлы v 2 в { v 1 , v 4 , v 6 , v 3 } отображаются в один и тот же бит.Для подмножества { v 2 , v 5 } порядок DFS может быть v 2 → v 5 , что позволяет нам присвоить «0» v 2 и «1» на v 5 . В этом случае набор чеков: { v 1 , v 4 , v 6 , v 3 }. Для v 4 отмена любого нового бита не требуется, в то время как для v 1 , v 3 и v 6 , «0» и «1» соответственно присвоены v 2 и v 5 должны быть отменены.На третьем уровне, поскольку все узлы изолированы в соответствии с ранее назначенными битами, назначение прекращается. На рисунке 3 показаны окончательные результаты, например, v 4 , наконец, отображается в «00».
Рисунок 3.
Пример раскраски многослойного графа.
Из рисунка 3 следует, что для каждого узла мы всегда можем выбрать такой узел из соседнего набора, что выбранный узел должен соответствовать префиксу секретного битового потока, который будет встроен, а именно графу на рисунке 3. может использоваться для сокрытия информации.Например, предположим, что у нас есть последовательность покрытия x , которая соответствует последовательности узлов ( v 1 , v 3 , v 5 , v 2 , v 4 , v 4 ) (возможно, что два элемента покрытия в x соответствуют одному и тому же узлу), мы можем изменить последовательность узлов как новую ( v 1 , v 3 , v 6 , v 2 , v 3 , v 4 ), если секретные данные — m = [0010110100].Основываясь на новой последовательности узлов и x , мы можем построить последовательность стего y . Для извлечения данных мы сначала реконструируем последовательность узлов ( v 1 , v 3 , v 6 , v 2 , v 3 , v 4 ) с по . Затем, упорядоченно объединяя потоки битов узлов в последовательности, мы можем восстановить m без ошибок.Обратите внимание, что средство защиты данных и получатель данных должны выполнять одинаковую раскраску многослойного графа. В противном случае получатель данных не сможет получить м .
Замечание: Многобитовое отображение с помощью раскраски графа позволяет нам отображать каждый элемент покрытия в битовый поток с неопределенной длиной, который эффективно использует соотношение замены между различными значениями элементов покрытия и, следовательно, может достигать высокого скорость внедрения (т. е. можно скрыть больше секретных битов).
3.2 Обратимое встраивание с использованием сопоставления графов
Обратимое встраивание (данных), также называемое обратимым водяным знаком или обратимым скрытием данных, не только позволяет получателю данных извлекать секретные данные из стего, но также позволяет полностью реконструировать покрытие из стего. Это очень полезно для чувствительных приложений, которые не требуют постоянного искажения покрытия, таких как военные изображения. Простая идея для реализации обратимого встраивания — это сжатие без потерь, которое без потерь сжимает шумоподобный компонент обложки, чтобы зарезервировать дополнительное место для встраивания данных, т.е.е., дополнительная комната будет использоваться для хранения секретных данных и сжатого кода. Как показано на рисунке 4, извлекая сжатый без потерь код из стего, можно восстановить исходное покрытие без каких-либо ошибок. Однако, поскольку нелегко значительно сжать шумоподобный компонент без потерь, размер секретных данных будет небольшим.
Рис. 4.
Эскиз для обратимого встраивания на основе сжатия без потерь.
В отличие от сжатия без потерь, сдвиг гистограммы (HS) [21] встраивает секретные данные в гистограмму, полученную по обложке, путем обратимого изменения гистограммы.На рисунке 5 показан пример обратимого встраивания на основе HS в полутоновое изображение. На рисунке 5 гистограмма, полученная из исходного изображения, используется для встраивания данных. Сначала мы выбираем два интервала (пиковый интервал / нулевой интервал) из гистограммы. Пиковый интервал имеет максимальное вхождение, а нулевой интервал не имеет повторений. Очевидно, что на рисунке 5 интервал пиков равен «1», а нулевой интервал — «3». Затем мы сдвигаем все ячейки между двумя ячейками в сторону нулевой ячейки на один шаг, т.е. ячейка «2» будет смещена вправо.Это эквивалентно изменению всех пикселей, имеющих значение 2, на новое значение 3. После этого мы используем пиковый интервал «1» для переноса секретных данных. Предполагая, что секретные данные — это «0100», для каждого пикселя, имеющего значение 1, они не будут изменены, если текущий секретный бит, который должен быть встроен, равен «0»; в противном случае он будет заменен новым значением 2, если секретный бит равен «1». Таким образом, секретные данные могут быть встроены в новое изображение, содержащее секретные данные (также называемое отмеченным изображением). Получатель данных может легко извлечь секретные данные и восстановить исходное изображение.Прежде всего, секретные данные могут быть получены путем обработки всех пикселей, имеющих значение 1 или 2 в отмеченном изображении. Затем все пиксели, которые имеют значение 2 в отмеченном изображении, будут изменены на значение 1. Наконец, для тех пикселей, которые имеют значение 3, они будут изменены со значением 2. Таким образом, полученный результат изображение будет равно исходному изображению. Мы отсылаем читателя к [21] для получения более подробной информации об обратимом вложении на основе HS.
Рисунок 5.
Пример использования HS для обратимого заделывания.
Рисунок 5 соответствует классической операции HS, которую можно улучшить, используя два метода. Первый — это использование гистограммы ошибок предсказания (PEH) для обратимого встраивания данных, а не гистограммы, непосредственно определяемой из исходной обложки. Во втором случае для встраивания данных используется больше интервалов гистограммы, а не только один пиковый интервал на рисунке 5. Для лучшего понимания на рисунке 6 показан пример построения PEH. На рисунке 6 можно определить гистограмму непосредственно из изображения обложки, т.е.е., «Гистограмма I». Видно, что максимальное вхождение составляет менее 3000, что означает, что мы можем внедрить не более 3000 бит, если используем только один пиковый интервал. Однако его можно значительно улучшить, если мы можем создать PEH, например, разделив пиксели на два набора (то есть перекрестный набор и набор точек), можно использовать пиксели в наборе точек (которые не меняются во время встраивания данных). для прогнозирования пикселей в перекрестном наборе (например, используя среднее значение четырех соседних пикселей для прогнозирования текущего пикселя), что позволяет нам определять ошибки прогнозирования (PE) всех пикселей в перекрестном наборе.Затем PE можно использовать для построения гистограммы PE (PEH), то есть «гистограммы II», из которой мы можем найти, что максимальное количество случаев составляет более 150 000, что указывает на то, что мы можем встроить более 150 000 секретных битов, используя одиночный бункер PE. Очевидно, что мы можем использовать больше PE-бинов для встраивания данных, что приведет к лучшему поведению скорости искажения.
Рисунок 6.
Пример построения PEH: (a) прогнозирование пикселей, помеченных как «крест», с пикселями, отмеченными как «точка», (b) две гистограммы PE, где «Гистограмма I» определяется непосредственно из оригинала. изображение, показанное на (a), и «Гистограмма II» определяется путем сбора ошибок прогнозирования для всех возможных u {i, j} , показанных на (a).
Математически, учитывая PEH H , пусть h ( v ) будет частотой элемента PEH со значением v , которое предполагается в диапазоне ( v min , v макс ). Можно записать v max = — v min = L , например, L = 256 для 8-битного изображения в оттенках серого. Пусть A, и B будут набором, включающим все интервалы PEH, и набором, содержащим все интервалы ненулевых вхождений.Это означает, что A = { v | — L < v < L } и B = { v | h ( v )> 0} ⊂ A . Вышеупомянутая операция HS может быть математически описана как [22]: Для набора пиковых значений P = { p 1 , p 2 ,…, p s } ⊂ B , мы строим две инъективные функции g 0 и g 1 так, что G 0 = { g 0 ( p 1 ), g 0 ( p 2 )…, g 0 ( p s )} ⊂ A , G 1 = { g 1 ( p 1 ), г 1 ( p 2 )…, g 1 ( p s )} ⊂ A и G 0 ∩ G 1 = ∅.Мы также строим третью инъективную функцию f : B \\ P → A \\ ( G 0 ∪ G 1 ). Предполагая, что размер секретных данных точно равен h ( p 1 ) + h ( p 2 ) +… + h ( p s ) , для обратимого внедрения мы сначала используем f , чтобы сдвинуть все бункеры PEH в B \ P на A \ ( G 0 25 G 1 ).Затем секретные биты могут быть встроены в PEH путем дальнейшего сдвига бинов PEH в P в G 0 ∪ G 1 . Поскольку g 0 , g 1 , f являются инъективными, исходный PEH может быть восстановлен из помеченного PEH (то есть PEH, содержащего скрытую информацию). На рисунке 7 показано соотношение между тремя наборами A , B , P и тремя функциями g 0 , g 1 , f .Для лучшего понимания возьмем, например, рисунок 5. На рисунке 5 мы имеем A = {0, 1, 2, 3, 4}, B = {0, 1, 2, 4}, P = {1} ⊂ B , G 0 = { г 0 (1) = 1} и G 1 = { г 1 (1) = 2}. Более того, у нас есть f (0) = 0, f (2) = 3 и f (4) = 4. Обратите внимание, что, хотя на рисунке 5 не используется никакая процедура прогнозирования, можно предположить, что прогноз значение каждого пикселя в точности равно нулю.Таким образом, «Гистограмма I» на самом деле является частным случаем ПЭГ.
Рисунок 7.
Связь между тремя наборами A, B, P и тремя функциями g 0 , g 1 , f.
Сдвиг бинов PEH требует, чтобы мы соответствующим образом изменили пиксели изображения, чтобы отмеченное изображение соответствовало смещенному PEH. Независимо от подробных шагов изменения пикселей изображения, можно легко сделать вывод, что на рисунке 7 для фиксированного P необходимо найти оптимальное ( g 0 , g 1 , f ), так что искажение, вносимое встраиванием данных, может быть минимизировано.Если эта проблема может быть хорошо решена, можно пересчитать P , чтобы найти оптимальное ( P , g 0 , g 1 , f ), чтобы искажение было минимальным в глобальном масштабе. К счастью, мы можем использовать соответствие двудольного графа, чтобы справиться с первой проблемой. Это требует, чтобы мы смоделировали все задействованные бины PEH как узлы графа, а три инъективные функции как наборы ребер. Например, на рисунке 8 показан двудольный граф для примера, показанного на рисунке 5.Можно сделать вывод, что для двудольного графа G ( V , E ) набор узлов V состоит из двух непересекающихся подмножеств V 1 и V 2 , где V = V 1 ∪ V 2 , V 1 = B ∪ P c = ( B \\ P ) ∪ P ∪ P c и V 2 = A .Кроме того, набор кромок E можно разделить на три подмножества: E 1 , E 2 и E 3 , где E 1 = {( u , v ) | u ∈ B \\ P , v ∈ V 2 }, E 2 = {( u , v ) | u ∈ P , v ∈ V 2 } и E 3 = {( u , v ) | u ∈ P c , v ∈ V 2 }.Три инъективные функции ( g 0 , g 1 , f ) будут тогда соответствовать подмножествам ( E 2 , E 3 , E 1 ) соответственно. Обратите внимание, что, хотя A, и B имеют общие элементы, они соответствуют разным узлам. Более того, P и P c включают одни и те же элементы, хотя они соответствуют разным узлам.
Рис. 8.
Построение (взвешенного) двудольного графа для примера на рис. 5.
Каждое ребро в E сообщает нам, как обрабатывать соответствующий интервал PEH, например, на рис. 8 ребро ( u 2 , v 4 ) означает, что ячейка PEH со значением 2 будет смещена в ячейку PEH со значением 3. Очевидно, смещение ячейки PEH приведет к искажению. Если искажение является аддитивным, то есть общее искажение, вызванное внедрением данных, определяется как сумма искажений, вызванных каждым элементом покрытия, каждый край может быть связан с весовым коэффициентом, представляющим искажение сдвига соответствующего элемента PEH, в результате чего Общее искажение должно быть суммой весов всех краев.Например, на рисунке 8 мы можем определить вес для каждого края, например, w ( u 1 , v 1 ) обозначает искажение, вызванное смещением элемента PEH «0» на « 0 ”(т. Е. Без изменений) и поэтому может быть назначен кромке ( u 1 , v 1 ). Таким образом, общее искажение из-за HS на Рисунке 5 равно сумме весов ребер, показанных на Рисунке 8. Здесь мы игнорируем шаги по определению весов, поскольку это не главный интерес данной главы.Мы отсылаем читателя к [22] для получения более подробной информации об определении веса.
Таким образом, мы можем заключить, что после определения g 0 , g 1 и f мы можем легко построить соответствующий двудольный граф. Однако ( g 0 , g 1 , f ) можно оптимизировать с точки зрения оптимизации скорости искажения. Разные ( г 0 , г 1 , f ) соответствуют разным двудольным графам.Все эти двудольные графы имеют одинаковый набор узлов, с той лишь разницей, что набор ребер отличается друг от друга. Очевидно, объединив все узлы и ребра, мы можем построить новый двудольный граф G * ( V * , E * ). G ( V , E ), следовательно, является подграфом G * ( V * , E * ), что означает, что произвольно ( g 0 , g 1 , f ) можно смоделировать как подмножество E * .Мы ожидаем найти такие характеристики ( g 0 , g 1 , f ), которые обеспечивают минимальные искажения. Как найти такие оптимальные ( г 0 , г 1 , f ) очень важно. Переосмысливая рисунок 8, мы можем далее сделать вывод, что g 0 , g 1 и f гарантируют, что каждый узел в V 1 может соответствовать ровно одному узлу в V 2 , г.е., ( г 0 , г 1 , f ) соответствует максимуму , совпадающему с G . Поскольку V = V * и E ⊂ E * , мы можем найти, что ( g 0 , g 1 , f ) также должны быть максимальное соответствие из G * . Поскольку мы ожидаем, что искажение, вызванное ( g 0 , g 1 , f ), будет минимальным, далее делается вывод, что оптимальное ( g 0 , g 1 , f ) соответствует минимальному максимальному весу , соответствующему из G * .Таким образом, как только мы построили G * , применив любой алгоритм графа, который решает минимальное соответствие максимального веса (MWMM) двудольного графа, мы можем найти оптимальное ( g 0 , g 1 , f ) в отношении оптимизации скорости искажения. Чтобы построить G * , мы сначала инициализируем V * = V = V 1 ∪ V 2 , V 1 = B ∪ P c = ( B \\ P ) ∪ P ∪ P c и V 2 = A .Затем для каждого бина PEH мы собираем все возможные операции сдвига, что позволяет нам добавить соответствующие ребра к G * , чтобы построить E * [22].
Для лучшего понимания на рисунке 9 показан пример поиска оптимального ( г 0 , г 1 , f ). На рисунке 9 (a) каждый узел в V, , , 1, включает несколько ребер, подразумевая, что соответствующий элемент PEH может быть сдвинут на любой из нескольких кандидатов.Например, узел u 1 соединен четырьмя разными ребрами, т. Е. ( u 1 , v 1 ), ( u 1 , v 2 ), ( u 1 , v 3 ), ( u 1 , v 4 ), что указывает на то, что существует четыре возможных способа сдвига «-5», т. Е. , заменяя «-5» на любое значение в {«-6», «-5», «-4», «-3»}. Решая MWMM, мы можем построить подграф, как показано на рисунке 9 (b), из которого мы можем определить оптимальный ( g 0 , g 1 , f ), e.g., на Рисунке 9 (b), g 0 соответствует {( u 8 , v 6 ), ( u 9 , v 8 )}, т.е. g 0 (-1) = -1 и g 0 (1) = 1, что означает, что для тех пикселей со значением PE «-1» или «1 », Часть из них останется неизменной, чтобы нести секретные биты« 0 ».
Рисунок 9.
Пример нахождения оптимального (g 0 , g 1 , f): (a) G * (V * , E * ), (b) MWMM.В (b) все узлы в V 1 должны соответствовать ровно одному узлу в V 2 , и возможно, что некоторые узлы в V 2 могут не совпадать, поскольку | V 1 | ≤ | V 2 |, например, v 4 и v 13 не совпадают в этом примере.
Примечание: Обратимое встраивание путем сопоставления взвешенных графов позволяет нам найти оптимальные параметры HS с точки зрения оптимизации скорости-искажения, т. Е. Оптимальные параметры HS могут быть получены путем определения MWMM, обеспечивая другую перспективу по сравнению с традиционными подходы к оптимизации.Однако признается, что в модели сопоставления графов требуется, чтобы P было зафиксировано заранее. Если мы ослабим это требование, временная сложность станет очень высокой, поскольку перечисление всех возможных P занимает много времени [22]. Например, всего есть 1004 способа построить P , если | P | = 4, | B | = 100 (обратите внимание, что P ⊂ B ). Поэтому для большого | P |, когда P также необходимо оптимизировать, вопрос о том, как снизить общую вычислительную сложность, требует дальнейшего изучения.Для решения этой проблемы были бы желательны стратегии эвристического поиска.
3.3 Стеганография графа в социальных сетях
Многие традиционные алгоритмы используют медиа-объекты в качестве прикрытия. В последнее время социальное поведение используется для стеганографии. По сравнению с медиаобъектами, социальное поведение легче скрыть очень большим количеством обычных социальных действий. Более того, как отправитель, так и получатель данных могут легко интегрироваться в социальные сети. Для получателя данных возможно, что он наблюдает за социальным поведением для извлечения данных, не предпринимая никаких других действий, которые могут хорошо защитить реальную личность получателя данных.С точки зрения разработки алгоритма, можно расширить существующие методы, изначально разработанные для медиа-объектов, на социальное поведение, которое может не использовать характеристики социальных сетей. С другой стороны, моделируя социальные сети в виде графов, мы можем использовать теорию графов для передачи секретных данных, что называется стеганографией графов [13, 14].
На рисунке 10 показана общая структура стеганографии графов. На рисунке 10 отправитель данных (или, скажем, сокрытие данных) сначала преобразует секретные данные в (направленный) граф.Затем график будет встроен в социальную сеть, создав последовательность, казалось бы, нормальных социальных взаимодействий. Для получателя данных он может получить секретный граф, наблюдая за взаимодействиями, не предпринимая никаких других действий. Таким образом, он может, наконец, восстановить секретные данные из графа, инвертировав процедуру генерации графа. Далее мы покажем основные шаги для общей структуры.
Рисунок 10.
Общая структура стеганографии графов.
Учитывая секретные данные m , процедура генерации графа сначала преобразует m в неориентированный граф G 1 ( V 1 , E 1 ).Затем G 1 ( V 1 , E 1 ) расширяется до ориентированного графа G 2 ( V 2 , E 2 ) которые могут быть выпущены на платформе социальной сети путем упорядоченного создания последовательности взаимодействий. Подробно, учитывая n узлов, проиндексированных от 1 до n , мы можем построить 2n2 различных графов, каждый из которых соответствует двоичной строке, имеющей длину n2.Предположим, что м ⊂ {0, 1} L , где L здесь представляет размер м , т. Е. | м | = л . Можно добавить «0» (при необходимости) в конец м так, чтобы L = n2. Другими словами, мы всегда можем считать, что n = 8L + 1 + 1/2. Чтобы построить G 1 ( V 1 , E 1 ), мы сначала инициализируем V 1 = { v 1 , v 2 ,…, v n } и E 1 = ∅.Затем для каждых м k ∈ m мы добавляем кромку ( v x , v y ) к E 1 тогда и только тогда, когда m k = 1, где x и y определяются как:
x = minj0 и y = x + k − ∑i = 1x −1n − i.E6 Таким образом, можно окончательно получить G 1 ( V 1 , E 1 ).На рисунке 11 показан пример построения G 1 ( V 1 , E 1 ), из которого мы можем найти, что каждый бит в м соответствует существованию соответствующей кромки. , например, м 1 = 1 означает, что существует край между v 1 и v 2 и м 8 = 0 указывает, что между v нет края. 3 и v 4 .Легко сделать вывод, что G 1 может содержать несколько соединенных компонентов. Можно напрямую выпустить G 1 в платформе социальной сети, производя социальные операции. Например, набор социальных ботов может быть использован для создания социального поведения, так что G 1 может переноситься этим социальным поведением. Социальные боты будут соответствовать V 1 , а социальное поведение будет соответствовать E 1 .Поскольку G 1 является неориентированным графом и может содержать несколько связанных компонентов, обычно требуется, чтобы отправитель и получатель данных совместно использовали взаимосвязь отображения между социальными ботами и узлами в V 1 , чтобы приемник данных может надежно извлечь м путем наблюдения. Фактически, G 1 можно расширить до ориентированного графа, так что отправителю и получателю данных не нужно совместно использовать взаимосвязь отображения между социальными ботами и узлами графа.Другими словами, путем расширения G 1 ( V 1 , E 1 ) до ориентированного графа G 2 ( V 2 , E 2 ), социальные боты могут упорядоченно производить социальное поведение на основе G 2 , так что получатель данных может полностью реконструировать G 2 путем наблюдения, не зная соотношения отображения между узлами в G 2 и социальные боты заранее (потому что взаимосвязь карт может быть определена во время наблюдения). Пример преобразования секретных данных в неориентированный граф. Чтобы построить G 2 ( V 2 , E 2 ), мы сначала инициализируем V 2 = { u 1 , u 2 ,…, u n + 1 } и E 2 = ∅. Затем мы обновляем E 2 путем упорядоченной обработки V 1 = { v 1 , v 2 ,…, v n }.Подробно, для каждого v i ∈ V 1 , 1 ≤ i ≤ n , обновляем E 2 = E 2 ∪ {( u i , u n + 1 )} если таких не существует j < i , то ( v j , v i ) ∈ E 1 . В противном случае для всех возможных j < i мы добавляем ребро ( u i , u j ) к E 2 if ( v j , v i ) ∈ E 1 .Обратите внимание, что G 2 является ориентированным графом, что означает, что каждое ребро в E 2 будет связано с направлением, например, ( u j , u i ) ребро с направлением от u j до u i . Для лучшего понимания на рисунке 12 показан пример построения G 2 на основе G 1 . Можно заметить, что, если игнорировать направления ребер, G 1 будет подграфом связного графа G 2 .Далее можно сделать вывод, что во время генерации каждый край в E 2 может быть связан с индексом, представляющим время вставки края, например, значение индекса 1 присваивается ( u 1 , u 6 ), поскольку это ребро является первым, добавленным к E 2 . G 2 будет выпущен в социальной сети путем создания последовательности социальных взаимодействий. Каждое взаимодействие соответствует ребру в E 2 .Социальные взаимодействия производятся упорядоченно в соответствии со значением индекса каждого края, что означает, что предпочтительно будет производиться взаимодействие с меньшим индексом. Социальные взаимодействия зависят от платформы социальной сети, например, «пересылка», «комментирование» и «лайк» твита другого пользователя. Требование состоит в том, что для каждого ребра ( u x , u y ) в E 2 взаимодействие должно производиться начальным узлом u x , e.g., на рисунке 12, при использовании «пересылки» в качестве взаимодействия, u 5 требуется для «пересылки» твита u 4 для представления направленного края ( u 5 , u 4 ). Преимущество состоит в том, что, принимая во внимание производителя взаимодействия, можно определить направление соответствующей кромки, что будет полезно для построения G 2 . Пример построения G 2 согласно G 1 . Приемник данных имеет возможность точно реконструировать G 2 по наблюдениям. Пусть ( a i , b i , c i ), 1 ≤ i ≤ M e = | E 2 |, обозначают все упорядоченно собранные взаимодействия. ( a i , b i , c i ) означает, что пользователь a i производит взаимодействие c i с другим пользователем b i .Затем будут выполнены следующие шаги [13] для восстановления G 2 . Шаг 1) Установите i = j = 1 и инициализируйте V 2 = { u 0 } и E 2 = ∅. Шаг 2) Вставьте новый узел u j до V 2 и сопоставьте a i до u j если a i не было ранее сопоставлен с узлом в V 2 .Сопоставление b i до u 0 , если b i не было ранее сопоставлено узлу в V 2 . Установите j = j + 1, если u j находится в V 2 . Шаг 3) Вставьте новую кромку ( u x , u y ) в E 2 , где u x и u y являются сопоставленные узлы a i и b i .Отметьте a i и b i как « обработано ». Установите i = i + 1 и перейдите к шагу 2), если i < M e . Шаг 4) Замените u 0 на u n + 1 для сборки G 2 ( V 2 , E 2 ) и прекратить процедуру. После построения G 2 , удалив v n + 1 и задействованные кромки из G 2 , G 1 можно получить путем дальнейшего удаления направлений все края.С помощью G 1 секретные данные m могут быть полностью извлечены. Таким образом, наконец, реализована стеганография графов. Примечание: Графическая стеганография использует социальное поведение для передачи секретов. Стеганографическая схема графа, представленная в этом подразделе, позволяет нам отправлять n2 секретных битов на приемник, что может быть дополнительно улучшено, если будет выполняться больше взаимодействий между пользователями. С точки зрения безопасности, прямой выпуск G 2 в социальной сети может позволить злоумышленнику выявить наличие стеганографии, поскольку G 2 зависит от другого социального поведения.Другими словами, G 2 является изолированным графом, то есть, если злоумышленник находит узел в G 2 , применяя DFS, он может дополнительно восстановить G 2 . С этой целью, путем добавления ребер, соединяющих узлы в G 2 и внешних узлах (т.е. невинных пользователей, которые не присоединяются к стеганографии), указанная выше проблема может быть решена [13]. В дополнение к вышеупомянутым моделям графов теория графов может также использоваться для других целей при сокрытии информации.Причина в том, что теория графов позволяет нам моделировать различные типы отношений и процессов. Предсказание и выбор содержимого: При скрытии информации средство скрытия данных должно выбрать подходящие элементы обложки для встраивания данных. Мы можем использовать DFS или BFS (для построенного графа), чтобы справиться с этой проблемой. Например, при нанесении водяных знаков обратимого изображения ожидается, что будет использоваться как можно больше гладких пикселей, поскольку гладкие пиксели могут обеспечить лучшую производительность по соотношению скорость / искажение.Для гладкого пикселя очень вероятно, что его соседний пиксель также будет гладким. Моделируя пиксели как узлы графа, мы можем использовать ребро для соединения смежных гладких пикселей. Таким образом, выбор гладких пикселей эквивалентен определению связанных компонентов. Например, на рисунке 6 (a) пиксели в перекрестном наборе используются для встраивания данных. Пиксели в наборе точек не изменились. Каждый пиксель в перекрестном наборе может быть предсказан соседними пикселями в наборе точек, например, с использованием среднего значения соседних пикселей для предсказания.Мы можем построить такой граф, в котором набор узлов состоит из всех пикселей в перекрестном наборе. Для любых двух пикселей в перекрестном наборе они являются соседними друг с другом, если их манхэттенское расстояние ниже порогового значения, например 2. Таким образом, для любых двух соседних пикселей, если разница между их прогнозируемыми значениями ниже заданного порогового значения. , соответствующие узлы могут быть соединены ребром. Таким образом, мы можем использовать DFS или BFS для вычисления максимального подключенного компонента G и использовать только соответствующие пиксели для передачи секретных данных.Он основан на предположении, что два соседних пикселя, имеющих близкие значения прогноза, одинаково гладкие [5]. Скрытие информации в графиках: В отличие от медиаобъектов, которые организованы в форматированный репозиторий, элементы которого можно эффективно обрабатывать, увеличивающиеся данные фиксируются в виде графиков, таких как социальные сети, модели глубокого обучения. Эти данные имеют очень высокую коммерческую ценность, например, данные социальных сетей могут использоваться для извлечения ценной информации пользователей, чтобы улучшить качество обслуживания, модели глубоких нейронных сетей достигли большого успеха в визуальных вычислениях.Как защитить право собственности на эти данные графа было важной задачей. Это требует, чтобы мы скрывали информацию в данных графика, не снижая ценности данных графика. Можно расширить традиционные алгоритмы на основе медиа для графических данных, например, [23]. С другой стороны, подобно стеганографии графов в социальных сетях, секретные данные могут быть сначала преобразованы в графы, а затем встроены в данные графа хоста, например, [24]. Мы считаем, что финансовые барьеры не должны мешать исследователям публиковать свои выводы.В связи с необходимостью сделать научные исследования более общедоступными и поддержать преимущества открытого доступа, все больше и больше учреждений и спонсоров выделяют ресурсы, чтобы помочь преподавателям и исследователям покрыть O pen A ccess P ublishing F ees (ОАПФ) . Кроме того, IntechOpen предоставляет несколько дополнительных вариантов, представленных ниже, все из которых доступны исследователям и могут обеспечить финансирование вашей публикации в открытом доступе. В IntechOpen большая часть OAPF оплачивается учреждением автора или финансирующим агентством — учреждения (73%) против авторов (23%). Первый шаг в получении средств для публикации в открытом доступе начинается с вашего учреждения или библиотеки. Издательские стандарты IntechOpen соответствуют большинству программ институционального финансирования. Мы советуем обратиться в ваше учреждение с просьбой о помощи в финансировании вашей публикации в открытом доступе. Однако по мере того, как открытый доступ становится все более широко используемым вариантом публикации для распространения научного и научного контента, в дополнение к учреждениям растет число спонсоров, которые разрешают использовать гранты для покрытия затрат на публикацию открытого доступа или учредили отдельные фонды для той же цели. Пожалуйста, обратитесь к нашей странице Open Access Funding, чтобы изучить некоторые из этих возможностей финансирования и узнать больше о том, как вы могли бы профинансировать публикацию IntechOpen. Имейте в виду, что этот список не является исчерпывающим, и, хотя мы постоянно обновляем и информируем наших авторов о новых возможностях финансирования, мы рекомендуем вам всегда сначала уточнять у вашего учреждения. Для авторов, которые не могут получить финансирование от своего учреждения или организаций, финансирующих исследования, и все еще нуждаются в помощи в покрытии расходов на публикацию, IntechOpen предлагает возможность подачи заявления на отказ от прав. Наша миссия — поддерживать авторов в публикации их исследований и оказывать влияние на научное сообщество. В настоящее время 14% авторов получают полное освобождение и 6% получают частичное освобождение . Предоставляя поддержку и консультации всем нашим международным авторам, приоритет отказа будет отдаваться тем авторам, которые проживают в странах, которые классифицируются Всемирным банком как страны с низкими доходами. Таким образом, мы можем гарантировать, что проводимая научная работа может оказать влияние на мировое научное сообщество, независимо от того, где проживает Автор. Процесс подачи заявки начинается после того, как присланная вами рукопись была принята к публикации. Чтобы подать заявку, заполните форму запроса об отказе от прав и отправьте ее своему менеджеру по обслуживанию авторов. Если у вас есть официальное письмо от вашего университета или учреждения, подтверждающее, что средства на вашу публикацию открытого доступа недоступны, приложите и его. Запрос об отказе от прав обычно рассматривается в течение одной недели с даты подачи заявления. Все отделения, которые получают отказы или частичные отказы, будут обозначены как таковые в Интернете. Не стесняйтесь обращаться к нам по адресу [email protected], если у вас есть какие-либо вопросы о вариантах финансирования или нашей программе отказа. Если вы уже начали процесс и вам нужна дополнительная помощь, обратитесь к своему менеджеру по обслуживанию авторов, который готов помочь вам! Примечание: все данные, представленные выше, были собраны IntechOpen с 2013 по 2017 год. В IntechOpen большинство OAPF оплачиваются учреждением автора или финансирующим агентством — учреждениями (73%) vs.Авторы (23%). Первый шаг в получении средств для публикации в открытом доступе начинается с вашего учреждения или библиотеки. Издательские стандарты IntechOpen соответствуют большинству программ институционального финансирования. Мы советуем обратиться в ваше учреждение с просьбой о помощи в финансировании вашей публикации в открытом доступе. Однако по мере того, как открытый доступ становится все более широко используемым вариантом публикации для распространения научного и научного контента, в дополнение к учреждениям растет число спонсоров, которые разрешают использовать гранты для покрытия затрат на публикацию открытого доступа или учредили отдельные фонды для той же цели. Пожалуйста, обратитесь к нашей странице Open Access Funding, чтобы изучить некоторые из этих возможностей финансирования и узнать больше о том, как вы могли бы профинансировать публикацию IntechOpen. Имейте в виду, что этот список не является исчерпывающим, и, хотя мы постоянно обновляем и информируем наших авторов о новых возможностях финансирования, мы рекомендуем вам всегда сначала уточнять у вашего учреждения. Для авторов, которые не могут получить финансирование от своего учреждения или организаций, финансирующих исследования, и все еще нуждаются в помощи в покрытии расходов на публикацию, IntechOpen предлагает возможность подачи заявления на отказ от прав. Наша миссия — поддерживать авторов в публикации их исследований и оказывать влияние на научное сообщество. В настоящее время 14% авторов получают полное освобождение и 6% получают частичное освобождение . Предоставляя поддержку и консультации всем нашим международным авторам, приоритет отказа будет отдаваться тем авторам, которые проживают в странах, которые классифицируются Всемирным банком как страны с низкими доходами. Таким образом, мы можем гарантировать, что проводимая научная работа может оказать влияние на мировое научное сообщество, независимо от того, где проживает Автор. Процесс подачи заявки начинается после того, как присланная вами рукопись была принята к публикации. Чтобы подать заявку, заполните форму запроса об отказе от прав и отправьте ее своему менеджеру по обслуживанию авторов. Если у вас есть официальное письмо от вашего университета или учреждения, подтверждающее, что средства на вашу публикацию открытого доступа недоступны, приложите и его. Рисунок 11.
Рисунок 12.
3.4 Другие стратегии графов при сокрытии информации