Когда-то обещал прорыв: почему этот чудо-материал так и не покорил мир за 20 лет

Когда в 2004 году учёные Манчестерского университета Андрей Гейм и Константин Новосёлов впервые выделили графен — одноатомный слой углерода, — мир заговорил о революции. Новый материал оказался в 200 раз прочнее стали, легче бумаги, почти полностью прозрачным и при этом великолепным проводником электричества и тепла.

Через шесть лет, в 2010-м, открытие принесло обоим исследователям Нобелевскую премию по физике. Заголовки газет сулили начало новой индустриальной эры: графен должен был заменить кремний в электронике, алюминий — в авиации, а медь — в проводах.

Прошло двадцать лет. Графен действительно используется — в аккумуляторах, датчиках, фильтрах для воды и даже в бетоне. Но обещанной "революции графена" пока не случилось.

Почему "чудо-материал" не стал повседневным

Главная причина — масштабирование производства. Получить графен в лаборатории можно просто, даже с помощью куска скотча (именно так его впервые отделили от графита). Но создать тонны стабильного, однородного материала для промышленности оказалось куда сложнее.

"Переход от лаборатории к производству — самая трудная часть. Материал должен быть не только удивительным, но и дешевым, стабильным и пригодным для серийного выпуска", — говорит британский предприниматель Бен Дженсен, основатель компании 2D Photonics.

Его компания работает над фотонными чипами на основе графена, которые могут заменить кремний в центрах обработки данных. В отличие от обычных микросхем, они преобразуют электрические сигналы в световые, что позволяет передавать данные в сотни раз быстрее и с 80 % меньшими энергозатратами.

Проблема в том, что рынок не ждёт: кремний отточен десятилетиями, и любая новая технология должна быть не просто лучше, а на порядок эффективнее и при этом не дороже.

От "самого чёрного чёрного" до "зелёного бетона"

Дженсен известен и другим проектом — созданием Vantablack, покрытия из углеродных нанотрубок (свёрнутых листов графена), которое поглощает 99,96 % света. Этот материал стал знаменит благодаря скандальной истории: эксклюзивное право на его художественное использование получил скульптор Аниш Капур, что вызвало протест в арт-сообществе.

Vantablack применялся и в промышленности — например, для уменьшения отражений в телескопах и камерах, а также в рекламной кампании BMW, создавшей "самый чёрный автомобиль в мире".

Однако такие проекты носят скорее символический характер, а не массовый.

Гораздо больше внимания сейчас уделяется графеновому бетону, разработанному Центром инженерных инноваций Манчестерского университета (GEIC) совместно с компанией Cemex UK.
В июле 2025 года на объекте Northumbrian Water в Великобритании был впервые уложен низкоуглеродный бетон с добавлением графена.
Добавка делает материал прочнее и долговечнее, позволяя сократить содержание цемента — одного из главных источников выбросов CO₂.

Глобальная гонка: Китай впереди

Хотя открытие сделано в Британии, лидером по производству графена стал Китай. Там работают десятки компаний, которые применяют его в аккумуляторах, электронике и строительстве.

Пекин видит в графене ключ к технологической независимости и активно инвестирует в исследования. Китайские инженеры уже экспериментируют с добавлением графена в литий-ионные батареи, снижая время зарядки и увеличивая ёмкость.

В Великобритании же стартапы сталкиваются с нехваткой инвестиций и инфраструктуры. По оценке аналитиков, лишь около 20 % британских компаний, работающих с графеном, реально добились коммерческого успеха.

Исторический контекст: от "фуллеренов" к двумерной материи

Графен — не изолированное открытие, а часть большой истории углеродных форм.

• В 1985 году были открыты фуллерены — замкнутые молекулы углерода в форме сфер.

• В 1991-м — нанотрубки, свёрнутые цилиндры из тех же атомов.

• А в 2004 году — графен, плоский вариант с уникальной решёткой.

Все эти открытия показали, что углерод может быть материалом будущего. Но именно графен впервые поставил вопрос: можно ли создавать технологии из материи толщиной в один атом?

Наука и экономика: почему графен всё ещё важен

Несмотря на разочарование инвесторов, графен по-прежнему остаётся стратегическим направлением для науки и промышленности.

1. Энергетика. Графеновые батареи и суперконденсаторы могут хранить больше энергии при меньшем весе.

2. Медицина. Биосенсоры на основе графена уже применяются для раннего выявления рака и вирусных инфекций.

3. Фотоника. Оптические чипы, над которыми работает 2D Photonics, могут стать базой для ИИ-центров следующего поколения.

4. Экология. Графеновые фильтры эффективно очищают воду от тяжёлых металлов и микропластика.

Аналитики считают, что рынок графена к 2030 году превысит 5 млрд долларов, а основное применение найдут не чистые листы графена, а композиты и покрытия, где он добавляется в малых количествах.

Практические пояснения

Как получают графен:

• Механическое расслоение. Классический "метод скотча" — самый чистый, но непроизводительный.

• Химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Позволяет выращивать большие листы графена на металлических подложках.

• Редукция оксида графена. Дешевле, но качество хуже: структура содержит дефекты.

Основные проблемы:

• нестабильность структуры при массовом производстве;

• высокая себестоимость очистки и обработки;

• сложность интеграции в существующие промышленные процессы.

Аналитика: что сдерживает "революцию графена"

1. Технологический барьер. Трудно внедрить материал толщиной в один атом в обычные устройства.

2. Экономический фактор. Графен дороже привычных материалов и требует нового оборудования.

3. Инвестиционный риск. После первой волны хайпа 2010-х годов инвесторы стали осторожнее.

4. Регуляторная неопределённость. Отсутствие стандартов мешает промышленным приложениям.

И всё же есть отрасли, где графен уже доказал свою ценность — оптика, катализ, биомедицина и энергетика.

FAQ

Почему графен называют двумерным материалом?
Потому что его толщина составляет всего один атом — фактически, он имеет только длину и ширину, без выраженной трёхмерной структуры.

Правда ли, что графен прочнее стали?
Да, его прочность на разрыв примерно в 200 раз выше, чем у стали, но на практике это свойство трудно использовать из-за проблем с масштабированием.

Можно ли увидеть графен невооружённым глазом?
Нет. Один слой графена практически прозрачен, но виден под микроскопом при отражённом свете.

Почему Китай лидирует на рынке графена?
Из-за масштабных государственных инвестиций, дешёвой инфраструктуры и ориентации на прикладные технологии — аккумуляторы, электронику, строительство.

Есть ли у графена будущее?
Безусловно. Он уже вошёл в десятки технологий, хотя и не стал "новым кремнием". Скорее всего, его роль — усилитель, компонент, который делает привычные материалы лучше.