184. Наноматеріали на основі вуглецю.

Урок №184. Наноматеріали на основі вуглецю.

---

Мета уроку:

• ознайомити учнів з основними типами вуглецевих наноматеріалів (фулеренами, нанотрубками, графеном) та пояснити їхню будову, властивості й застосування;
• навчити застосовувати отримані знання аналізу проблемних ситуацій

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• ЦСР 9: Промисловість, інновації та інфраструктура
• ЦСР 3: Міцне здоров’я і благополучч
• ЦСР 17: Партнерство заради сталого розвитку

Ключові слова: наноматеріали, фулерен, нанотрубка, графен, площа поверхні.

План уроку:

1. Мотивація
2. Наноматеріали на основі вуглецю
   • 2.1. Фулерени
   • 2.2. Вуглецеві нанотрубки
   • 2.3. Графен
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно 
5. Рефлексія

Очікувані результати для учнівства:

Очікувані результати для вчителів:

---

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хвилин

Використання нанотехнологій, а саме нанотрубок.

Серед науковців вже багато десятиліть тривають обговорення щодо можливості побудови космічного ліфта (рис.1).
Ідея полягає в тому, щоб побудувати трос, закріплений на Землі й протянутий до геостаціонарної орбіти (~36 000 км над поверхнею), по якому вантажі й люди підніматимуться в космос без ракет. Це дозволило б значно здешевити доставку вантажів у космос.

Головна проблема — матеріал для троса. Він має бути неймовірно легким, але в десятки разів міцнішим за будь-яку відому сталь. Сучасні матеріали (сталь, кевлар) не витримають власної ваги на такій висоті. 

З чого можна зробити такий трос?

---

Посилання на відео джерела:

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 12 хв.

Скажіть учням, що вони сьогодні дізнаються про матеріали, які вже зараз змінюють майбутнє — це не фантастика, а реальні наукові відкриття.
Пояснюючи будову фулеренів, нанотрубок і графена, порівняйте їх з відомими об’єктами:

• фулерени — як футбольні м’ячі,
• нанотрубки — як мікротрубочки або соломинки,
• графен — як надтонкий аркуш.

Поясніть, що навіть один і той же елемент (вуглець) у різних формах має абсолютно різні властивості: від провідності до гнучкості.

Один із головних героїв новітніх технологій — вуглець, звичайний хімічний елемент, який ми знаємо з олівців (графіт) або вугілля. Проте у наномасштабі він здатен творити дива: ставати прозорим, надміцним, гнучким, провідним.

Сьогодні ми познайомимося з трьома ключовими наноформами вуглецю:

• фулеренами — мініатюрними “м’ячиками”,
• вуглецевими нанотрубками — надміцними й надпровідними “трубочками”,
• графеном — “чарівним аркушем”, який перевершує всі відомі матеріали (рис.2).

Ці речовини змінюють медицину, енергетику, електроніку. Зрозуміємо, чим вони унікальні й чому ними так захоплюється наука.

2.1. Фулерени (наприклад, C₆₀)

Будова:

• Молекула складається з 60 або 70 атомів вуглецю, які з’єднані у вигляді багатогранника (найвідоміший — C₆₀ має форму футбольного м’яча: 12 п’ятикутників і 20 шестикутників).
• Це замкнена порожниста структура, схожа на клітку.

Властивості:

• Стійкі до хімічного впливу.
• Мають здатність поглинати і випромінювати світло, вести себе як антиоксиданти.
• Можуть утримувати інші молекули всередині — як контейнери.

Застосування:

• Фармацевтика: доставка ліків у клітини (в тому числі — протипухлинні препарати).
• Фотоніка: нові типи фоточутливих матеріалів.
• Лубриканти: зменшення тертя в механізмах.
• Матеріали для суперконденсаторів.

2.2. Вуглецеві нанотрубки 

Будова:

• Уявіть собі графеновий аркуш, згорнутий у трубку — це і є нанотрубка.
• Існують:
  • одностінні (SWCNT) — одна трубочка діаметром у кілька нанометрів;
  • багатостінні (MWCNT) — кілька вкладених одна в одну трубочок.

Властивості:

• Міцність у десятки разів вища за сталь при в сотні разів меншій масі.
• Гнучкість — трубки можуть згинатися без пошкоджень.
• Висока електро- та теплопровідність.

Застосування:

• Електроніка: нанопровідники, транзистори.
• Матеріалознавство: композитні матеріали в авіації, космосі, броні.
• Медицина: нанозонди, доставки ліків.
• Наноробототехніка, сенсори (гази, температура, біомолекули).

2.3. Графен

Будова:

• Це один шар атомів вуглецю, щільно з’єднаних у гексагональну сітку (як бджолині стільники).

Властивості:

• Найтонший матеріал — товщина 1 атом.
• Міцніший за сталь, але надлегкий.
• Прозорий, гнучкий, надзвичайно провідний.
• Добре поглинає енергію, легко модифікується.

Застосування:

• Гнучка електроніка: прозорі дисплеї, гнучкі смартфони.
• Нові джерела енергії: батареї, суперконденсатори.
• Біосенсори: виявлення ДНК, білків, вірусів.
• Очищення води: мембрани, що фільтрують солі й бактерії.

Порівняльна табл.1 вуглецевих наноматеріалів.

Табл.1

Характеристика	Фулерени	Нанотрубки	Графен
Структура	Сфера	Циліндр (трубка)	Плоский шар
Кількість атомів	~60–70	Десятки тисяч	Тисячі — в одному аркуші
Розміри	≈ 1 нм у діаметрі	Діаметр: 1–100 нм, довжина: до мм	Товщина: 0,34 нм, площа – довільна
Електропровідність	Низька	Висока	Дуже висока
Міцність	Середня	Надзвичайно висока	Найвища серед відомих матеріалів
Прозорість	Так	Ні	Так
Гнучкість	Середня	Висока	Висока
Застосування	Ліки, мастила, сенсори	Електроніка	Дисплеї, фільтри, біосенсори

1. Який із матеріалів краще використовувати для очищення води? Поясніть свій вибір.
2. Уявіть, що потрібно створити надміцний, але легкий матеріал для космічного зонда. Який із трьох наноматеріалів ви запропонуєте?
3. Які спільні властивості мають всі три наноматеріали? У чому вони кардинально різняться?

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв.

Завдання №1

Дружня порада вчителю

• Попросіть учнів виділити ключові слова: гнучкість, прозорість, електропровідність, низька маса, масштабованість.
  Це допоможе краще сфокусуватися.
• Нагадайте, що просто назвати матеріал (графен, нанотрубки чи фулерени) недостатньо — важливо пояснити, чому саме цей варіант найкращий, спираючись на порівняльну таблицю.
• Нехай учні обговорюють свої варіанти в парах: кожен презентує свій вибір і аргументи, а потім вони шукають найсильніше пояснення разом.
  Це стимулює аналітичне мислення.
• Підштовхніть учнів до творчості: “А якщо поєднати властивості двох матеріалів?
  Чи можна створити композит, який буде ще кращим?”

Уявіть, що ви входите до інженерної команди, яка працює над створенням інноваційного скла для гнучких смартфонів нового покоління (рис.3). Вимоги замовника:

• Висока гнучкість — екран має згинатися без пошкодження зображення.
• Прозорість — матеріал не повинен спотворювати яскравість або колір.
• Висока електропровідність — щоб сигнал сенсора проходив без затримок.
• Низька маса — бажано зменшити вагу пристрою.
• Технологічна масштабованість — матеріал повинен бути придатний до масового виробництва.

Використовуй табл.1 та графіки (рис.4, рис.5).

Орієнтовний формат відповіді:

• Обраний матеріал:
• Чому саме він: (аналіз характеристик)
• Можливі обмеження: …
• Ідея комбінування: …

---

Завдання №2

Дружня порада вчителю

• Початку підкресліть, що це завдання міждисциплінарне — воно об’єднує фізику, хімію, біологію та медицину. Учням важливо зрозуміти, що вони мають мислити не лише про “матеріал”, а й про його взаємодію з живим організмом.
• Донесіть до учнів, що відповідь не обов’язково має бути ідеально точною з наукової точки зору, але вона має бути логічною.
  Підштовхуйте їх використовувати знання з теорії, таблиць і пояснень.
• Навіть якщо хтось відповість коротко, запитайте:
  “Чому ти так думаєш? На що спираєшся?”

Ви працюєте у міждисциплінарній команді дослідників, яка розробляє наносистеми для доставки ліків до ракових клітин, а також сенсор для виявлення біомаркерів у крові для ранньої діагностики захворювань (рис.6).

Дайте відповіді на наступні питання:

1. Які структурні та хімічні особливості фулеренів роблять їх придатними для перенесення ліків у клітини-мішені?
2. Чому саме фулерени краще підходять для контрольованого вивільнення лікарської речовини?
3. Чому графен, а не нанотрубки, виявляється ефективнішим у виявленні біомолекул у крові?
4. Які ризики може містити використання вуглецевих наноматеріалів у людському організмі?
5. Що необхідно перевіряти перед масовим медичним застосуванням?

---

Завдання №3

Графен — надтонкий матеріал із винятковими фізичними властивостями, який використовують у наноелектроніці, гнучких дисплеях і біосенсорах (рис.7).
Для дослідження його можливостей у лабораторії було синтезовано розміром 1 м².
Його товщина становить лише 0,34 нм, а маса — 0,77 мг.

Завдання:

1. Визначи об’єм аркуша графену.
   Відповідь: Об’єм аркуша графену:
   S = 1 м² = 10⁴ см², h = 0,34 нм = 0,000000034 см
   V = S × h ≈ 10⁴ см² × 0,000000034 см ≈ 0,00034 см³ 
2. Знайди густину графену в г/см³.
   Відповідь: Густина графену в г/см³: m = 0,77 мг = 0,00077 г 
   ρ = m / V ≈ 0,00077 г / 0,00034 см³ ≈ 2,26 г/см³
3. Порівняйте отриману густину з густиною графіту, яка становить приблизно 2,26 г/см³. Що ви можете сказати про подібність чи відмінність?
   Відповідь: Порівняння з густиною графіту (2,26 г/см³):
   Отримана густина збігається з густиною графіту. Це показує, що густина на нанорівні залишається такою ж, але властивості матеріалу суттєво змінюються через атомну структуру та нанорозміри.
4. Подумай і поясніть, чому властивості речовин змінюються при переході до наномасштабів. Які особливості поведінки речовин проявляються на цьому рівні?
5. Зроби висновок: як ви вважаєте, чи може графен бути надійним конструкційним матеріалом, якщо він має дуже малу масу? Поясніть свою думку.

---

Завдання №4

Графен вважається перспективним матеріалом для заміни традиційних металів у багатьох сферах, зокрема в електроніці (рис.8). Аркуш графену склали у 1000 шарів один на один, утворивши плівку товщиною 0,34 мкм. Площа плівки — 20 см². Густина графену — 2,26 г/см³.
Для порівняння, шар алюмінію з такими ж розмірами має густину 2,7 г/см³, а шар міді — 8,9 г/см³.

Завдання :

1. Обчисліть об’єм плівки з графену.
   Відповідь: 0,00068 см³
2.  Знайдіть масу плівки з графену.
   Відповідь: 0,0015 г
3.  Обчисліть масу алюмінієвого шару з тих же розмірів.
   Відповідь: 0,0018 г
4.  Обчисліть масу мідного шару з тих же розмірів.
   Відповідь: 0,006 г
5.  Порівняйте:
   • На скільки грамів графеновий шар легший за алюмінієвий? Відповідь: 0,003
   • На скільки легший за мідний? Відповідь: 0,0045

Матеріал	Питомий опір (ρ), Ом·мм²/м
Графен	~0,01 – 0,1
Алюміній	0,028
Мідь	0,017

6. Використовуючи таблицю питомого опору, дай відповідь:
   • Який матеріал має найменший питомий опір?
   • Чи завжди матеріал з найменшим питомим опором — найкращий для легких і гнучких пристроїв? Чому?
7. Певний пристрій використовує 10 мідних шарів.
   Скільки маси можна заощадити, якщо замінити їх на графенові?
   Відповідь: 0,0451 г

---

Дружня порада вчителю

Тривалість до 12 хв.

Графен має надзвичайно велику площу поверхні при малій масі — це одна з ключових властивостей, яка робить його ефективним матеріалом для акумуляторів, суперконденсаторів і високочутливих сенсорів (рис.9). Дослідимо, як масштабується ця площа й що вона означає для практичного використання.

Вихідні дані:

• 1 г графену має поверхню до 2630 м²
• Площа футбольного поля ≈ 7140 м²

Завдання:

1. Скільки квадратних метрів поверхні матиме 0,1 г графену?
   Відповідь: Площа для 0,1 г графену: 2630 м²/г × 0,1 г = 263 м²
2. Порівняйте цю площу з площею футбольного поля.
   Скільки відсотків вона становить?
   Відповідь: Порівняння з футбольним полем: 263 м² ÷ 7140 м² ≈ 0,0368 = 3,7%
3. Скільки грамів графену потрібно, щоб досягти площі, еквівалентної одному футбольному полю?
   Відповідь: Маса для площі футбольного поля: 7140 м² ÷ 2630 м²/г ≈ 2,71 г
4. Якщо вся площа поверхні 0,25 г графену була б розгорнута в один суцільний лист, якою була б довжина сторони квадрата з такою ж площею?
   Відповідь:  Площа при 0,25 г графену: 2630 м²/г × 0,25 г = 657,5 м²
   Довжина сторони квадрата: √657,5 м² ≈ 25,64 м
5. Подумайте й поясніть: як велика площа поверхні навіть при малій масі впливає на ефективність:
   • акумуляторів,
   • суперконденсаторів,
   • хімічних сенсорів?
     Відповідь: Вплив на ефективність:
     Величезна площа поверхні: підвищує ємність акумуляторів (більше місця для зберігання заряду), збільшує енергоємність суперконденсаторів, забезпечує високу чутливість сенсорів навіть до малих концентрацій речовин.

6. Чому ця властивість особливо важлива у сфері нанотехнологій? Наведіть приклади практичних застосувань, де графен дає перевагу завдяки своїй великій площі.
   Чому це важливо в нанотехнологіях?
   Відповідь: На наноуровні навіть тонкі матеріали (графен, нанопористі структури) забезпечують величезну робочу площу на одиницю маси.
   Це дає перевагу в компактності, легкості й ефективності, що критично для:
   • носимих пристроїв
   • медичних імплантів
   • гнучкої електроніки
   • каталізаторів у хімічних реакціях

Рівень А: 1,2
Рівень В: 1,2,3,4
Рівень С: 1,2,3,4,5,6

---

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 5 хвилин

Підбери три слова, які найкраще описують цей урок для тебе.

---

Проведіть вдома експеримент: Створення графену методом скотчу. 
Скористайтеся наступним планом

1. Підготовка графіту
Пояснення: графіт складається з багатьох шарів графену, які слабко пов’язані між собою (зв’язки між шарами — слабкі ван-дер-ваальсові сили). Тому можна спробувати «зняти» окремі шари.
Візьміть шматочок графіту (або напишіть кілька товстих штрихів олівцем на аркуші чи склі, щоб лишився темний слід).

2. Нанесення скотчу
Відірвіть шматок скотчу, наклейте його на графітовий слід або шматок графіту.
Добре притисніть пальцем (не надто сильно, але рівномірно), щоб графіт «прилип» до скотчу.

3. Відривання скотчу
Обережно відтягніть скотч — на ньому залишаться частинки графіту.
Тепер знову складіть скотч навпіл (графіт до графіту), притисніть, розділіть і повторіть кілька разів.
Пояснення: кожного разу ви тонко розділяєте шари, наближаючись до моношару графену.

4. Перенесення на підкладку
Прикладіть скотч з розтягнутим шаром графіту до прозорої пластинки чи скла.
Добре притисніть, потім обережно зніміть скотч.
На склі залишиться тонкий шар — це може бути багатошаровий графен, а в деяких місцях — навіть моношар.

5. Спостереження
Піднесіть пластинку під збільшувальне скло або мікроскоп.
Ви побачите напівпрозорі плями — це тонкі шари графену.
Зробіть фото кожного з етапів досліду.

Урок №184. Наноматеріали на основі вуглецю.

---

Мета уроку:

• ознайомити учнів з основними типами вуглецевих наноматеріалів (фулеренами, нанотрубками, графеном) та пояснити їхню будову, властивості й застосування;
• навчити застосовувати отримані знання аналізу проблемних ситуацій

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• ЦСР 9: Промисловість, інновації та інфраструктура
• ЦСР 3: Міцне здоров’я і благополучч
• ЦСР 17: Партнерство заради сталого розвитку

Ключові слова: наноматеріали, фулерен, нанотрубка, графен, площа поверхні.

План уроку:

1. Мотивація
2. Наноматеріали на основі вуглецю
   • 2.1. Фулерени
   • 2.2. Вуглецеві нанотрубки
   • 2.3. Графен
3. Практичний блок
4. Попрактикуймо самостійно 
5. Рефлексія

Очікувані результати для учнівства:

---

Серед науковців вже багато десятиліть тривають обговорення щодо можливості побудови космічного ліфта (рис.1).
Ідея полягає в тому, щоб побудувати трос, закріплений на Землі й протянутий до геостаціонарної орбіти (~36 000 км над поверхнею), по якому вантажі й люди підніматимуться в космос без ракет. Це дозволило б значно здешевити доставку вантажів у космос.

Головна проблема — матеріал для троса. Він має бути неймовірно легким, але в десятки разів міцнішим за будь-яку відому сталь. Сучасні матеріали (сталь, кевлар) не витримають власної ваги на такій висоті. 

З чого можна зробити такий трос?

---

Посилання на відео джерела:

---

Один із головних героїв новітніх технологій — вуглець, звичайний хімічний елемент, який ми знаємо з олівців (графіт) або вугілля. Проте у наномасштабі він здатен творити дива: ставати прозорим, надміцним, гнучким, провідним.

Сьогодні ми познайомимося з трьома ключовими наноформами вуглецю:

• фулеренами — мініатюрними “м’ячиками”,
• вуглецевими нанотрубками — надміцними й надпровідними “трубочками”,
• графеном — “чарівним аркушем”, який перевершує всі відомі матеріали (рис.2).

Ці речовини змінюють медицину, енергетику, електроніку. Зрозуміємо, чим вони унікальні й чому ними так захоплюється наука.

2.1. Фулерени (наприклад, C₆₀)

Будова:

• Молекула складається з 60 або 70 атомів вуглецю, які з’єднані у вигляді багатогранника (найвідоміший — C₆₀ має форму футбольного м’яча: 12 п’ятикутників і 20 шестикутників).
• Це замкнена порожниста структура, схожа на клітку.

Властивості:

• Стійкі до хімічного впливу.
• Мають здатність поглинати і випромінювати світло, вести себе як антиоксиданти.
• Можуть утримувати інші молекули всередині — як контейнери.

Застосування:

• Фармацевтика: доставка ліків у клітини (в тому числі — протипухлинні препарати).
• Фотоніка: нові типи фоточутливих матеріалів.
• Лубриканти: зменшення тертя в механізмах.
• Матеріали для суперконденсаторів.

2.2. Вуглецеві нанотрубки 

Будова:

• Уявіть собі графеновий аркуш, згорнутий у трубку — це і є нанотрубка.
• Існують:
  • одностінні (SWCNT) — одна трубочка діаметром у кілька нанометрів;
  • багатостінні (MWCNT) — кілька вкладених одна в одну трубочок.

Властивості:

• Міцність у десятки разів вища за сталь при в сотні разів меншій масі.
• Гнучкість — трубки можуть згинатися без пошкоджень.
• Висока електро- та теплопровідність.

Застосування:

• Електроніка: нанопровідники, транзистори.
• Матеріалознавство: композитні матеріали в авіації, космосі, броні.
• Медицина: нанозонди, доставки ліків.
• Наноробототехніка, сенсори (гази, температура, біомолекули).

2.3. Графен

Будова:

• Це один шар атомів вуглецю, щільно з’єднаних у гексагональну сітку (як бджолині стільники).

Властивості:

• Найтонший матеріал — товщина 1 атом.
• Міцніший за сталь, але надлегкий.
• Прозорий, гнучкий, надзвичайно провідний.
• Добре поглинає енергію, легко модифікується.

Застосування:

• Гнучка електроніка: прозорі дисплеї, гнучкі смартфони.
• Нові джерела енергії: батареї, суперконденсатори.
• Біосенсори: виявлення ДНК, білків, вірусів.
• Очищення води: мембрани, що фільтрують солі й бактерії.

Порівняльна табл.1 вуглецевих наноматеріалів.

Табл.1

Характеристика	Фулерени	Нанотрубки	Графен
Структура	Сфера	Циліндр (трубка)	Плоский шар
Кількість атомів	~60–70	Десятки тисяч	Тисячі — в одному аркуші
Розміри	≈ 1 нм у діаметрі	Діаметр: 1–100 нм, довжина: до мм	Товщина: 0,34 нм, площа – довільна
Електропровідність	Низька	Висока	Дуже висока
Міцність	Середня	Надзвичайно висока	Найвища серед відомих матеріалів
Прозорість	Так	Ні	Так
Гнучкість	Середня	Висока	Висока
Застосування	Ліки, мастила, сенсори	Електроніка	Дисплеї, фільтри, біосенсори

1. Який із матеріалів краще використовувати для очищення води? Поясніть свій вибір.
2. Уявіть, що потрібно створити надміцний, але легкий матеріал для космічного зонда. Який із трьох наноматеріалів ви запропонуєте?
3. Які спільні властивості мають всі три наноматеріали? У чому вони кардинально різняться?

---

Завдання №1

Уявіть, що ви входите до інженерної команди, яка працює над створенням інноваційного скла для гнучких смартфонів нового покоління (рис.3). Вимоги замовника:

• Висока гнучкість — екран має згинатися без пошкодження зображення.
• Прозорість — матеріал не повинен спотворювати яскравість або колір.
• Висока електропровідність — щоб сигнал сенсора проходив без затримок.
• Низька маса — бажано зменшити вагу пристрою.
• Технологічна масштабованість — матеріал повинен бути придатний до масового виробництва.

Використовуй табл.1 та графіки (рис.4, рис.5).

Орієнтовний формат відповіді:

• Обраний матеріал:
• Чому саме він: (аналіз характеристик)
• Можливі обмеження: …
• Ідея комбінування: …

---

Завдання №2

Ви працюєте у міждисциплінарній команді дослідників, яка розробляє наносистеми для доставки ліків до ракових клітин, а також сенсор для виявлення біомаркерів у крові для ранньої діагностики захворювань (рис.6).

Дайте відповіді на наступні питання:

1. Які структурні та хімічні особливості фулеренів роблять їх придатними для перенесення ліків у клітини-мішені?
2. Чому саме фулерени краще підходять для контрольованого вивільнення лікарської речовини?
3. Чому графен, а не нанотрубки, виявляється ефективнішим у виявленні біомолекул у крові?
4. Які ризики може містити використання вуглецевих наноматеріалів у людському організмі?
5. Що необхідно перевіряти перед масовим медичним застосуванням?

---

Завдання №3

Графен — надтонкий матеріал із винятковими фізичними властивостями, який використовують у наноелектроніці, гнучких дисплеях і біосенсорах (рис.7).
Для дослідження його можливостей у лабораторії було синтезовано розміром 1 м².
Його товщина становить лише 0,34 нм, а маса — 0,77 мг.

Завдання:

1. Визначи об’єм аркуша графену.
2. Знайди густину графену в г/см³.
3. Порівняйте отриману густину з густиною графіту, яка становить приблизно 2,26 г/см³. Що ви можете сказати про подібність чи відмінність?
4. Подумай і поясніть, чому властивості речовин змінюються при переході до наномасштабів. Які особливості поведінки речовин проявляються на цьому рівні?
5. Зроби висновок: як ви вважаєте, чи може графен бути надійним конструкційним матеріалом, якщо він має дуже малу масу? Поясніть свою думку.

---

Завдання №4

Графен вважається перспективним матеріалом для заміни традиційних металів у багатьох сферах, зокрема в електроніці (рис.8). Аркуш графену склали у 1000 шарів один на один, утворивши плівку товщиною 0,34 мкм. Площа плівки — 20 см². Густина графену — 2,26 г/см³.
Для порівняння, шар алюмінію з такими ж розмірами має густину 2,7 г/см³, а шар міді — 8,9 г/см³.

Завдання :

1. Обчисліть об’єм плівки з графену.
2.  Знайдіть масу плівки з графену.
3.  Обчисліть масу алюмінієвого шару з тих же розмірів.
4.  Обчисліть масу мідного шару з тих же розмірів.
5.  Порівняйте:
   • На скільки грамів графеновий шар легший за алюмінієвий?
   • На скільки легший за мідний?

Матеріал	Питомий опір (ρ), Ом·мм²/м
Графен	~0,01 – 0,1
Алюміній	0,028
Мідь	0,017

6. Використовуючи таблицю питомого опору, дай відповідь:
   • Який матеріал має найменший питомий опір?
   • Чи завжди матеріал з найменшим питомим опором — найкращий для легких і гнучких пристроїв? Чому?
7. Певний пристрій використовує 10 мідних шарів.
   Скільки маси можна заощадити, якщо замінити їх на графенові?

---

Графен має надзвичайно велику площу поверхні при малій масі — це одна з ключових властивостей, яка робить його ефективним матеріалом для акумуляторів, суперконденсаторів і високочутливих сенсорів (рис.9). Дослідимо, як масштабується ця площа й що вона означає для практичного використання.

Вихідні дані:

• 1 г графену має поверхню до 2630 м²
• Площа футбольного поля ≈ 7140 м²

Завдання:

1. Скільки квадратних метрів поверхні матиме 0,1 г графену?
2. Порівняйте цю площу з площею футбольного поля.
   Скільки відсотків вона становить?
3. Скільки грамів графену потрібно, щоб досягти площі, еквівалентної одному футбольному полю?
4. Якщо вся площа поверхні 0,25 г графену була б розгорнута в один суцільний лист, якою була б довжина сторони квадрата з такою ж площею?
5. Подумайте й поясніть: як велика площа поверхні навіть при малій масі впливає на ефективність:
   • акумуляторів,
   • суперконденсаторів,
   • хімічних сенсорів?

6. Чому ця властивість особливо важлива у сфері нанотехнологій? Наведіть приклади практичних застосувань, де графен дає перевагу завдяки своїй великій площі.
   Чому це важливо в нанотехнологіях?

Рівень А: 1,2
Рівень В: 1,2,3,4
Рівень С: 1,2,3,4,5,6

---

Підбери три слова, які найкраще описують цей урок для тебе.

---

Проведіть вдома експеримент: Створення графену методом скотчу. 
Скористайтеся наступним планом:

1. Підготовка графіту
Пояснення: графіт складається з багатьох шарів графену, які слабко пов’язані між собою (зв’язки між шарами — слабкі ван-дер-ваальсові сили). Тому можна спробувати «зняти» окремі шари.
Візьміть шматочок графіту (або напишіть кілька товстих штрихів олівцем на аркуші чи склі, щоб лишився темний слід).

2. Нанесення скотчу
Відірвіть шматок скотчу, наклейте його на графітовий слід або шматок графіту.
Добре притисніть пальцем (не надто сильно, але рівномірно), щоб графіт «прилип» до скотчу.

3. Відривання скотчу
Обережно відтягніть скотч — на ньому залишаться частинки графіту.
Тепер знову складіть скотч навпіл (графіт до графіту), притисніть, розділіть і повторіть кілька разів.
Пояснення: кожного разу ви тонко розділяєте шари, наближаючись до моношару графену.

4. Перенесення на підкладку
Прикладіть скотч з розтягнутим шаром графіту до прозорої пластинки чи скла.
Добре притисніть, потім обережно зніміть скотч.
На склі залишиться тонкий шар — це може бути багатошаровий графен, а в деяких місцях — навіть моношар.

5. Спостереження
Піднесіть пластинку під збільшувальне скло або мікроскоп.
Ви побачите напівпрозорі плями — це тонкі шари графену.
Зробіть фото кожного з етапів досліду.