2010 -ben Geim és Novoselov nyerte a Nobel -fizikai díjat a grafén munkájáért. Ez a díj mély benyomást hagyott sok emberre. Végül is nem minden Nobel-díj kísérleti eszköz olyan gyakori, mint a ragasztószalag, és nem minden kutatási objektum olyan varázslatos és könnyen érthető, mint a „kétdimenziós kristály” grafén. A 2004 -es munkát 2010 -ben lehet odaítélni, ami az utóbbi években a Nobel -díj nyilvántartásában ritka.
A grafén egyfajta anyag, amely egyrétegű szénatomokból áll, szorosan elrendezve egy kétdimenziós méhsejt hatszögletű rácsba. Mint a gyémánt, a grafit, a fullerén, a szén nanocsövek és az amorf szén, ez egy anyag (egyszerű anyag), amely szén elemekből áll. Amint az az alábbi ábrán látható, a fullerének és a szén nanocsövek valamilyen módon fel vannak gördítve egy grafénrétegből, amelyet sok grafénréteg rak össze. A grafén felhasználásának elméleti kutatása a különféle szén-egyszerű anyagok (grafit, szén nanocsövek és grafén) tulajdonságainak leírására közel 60 évig tart, de általában úgy gondolják, hogy az ilyen kétdimenziós anyagok nehézek stabilan létezni önmagában, stabilan léteznek stabilan, stabilan léteznek, stabilan léteznek stabilan. Csak a háromdimenziós szubsztrát felületéhez vagy a belső anyagokhoz, például a grafithoz kapcsolódik. Csak 2004 -ben Andre Geim és hallgatója, Konstantin Novoselov, egy réteg grafénrétegetett a grafitból olyan kísérletek révén, amelyeket a grafén kutatása új fejleményekkel ért el.
Mind a Fullerene (bal), mind a szén nanocsövek (középső) úgy tekinthető, hogy valamilyen módon egyrétegű grafén -réteget hengerelnek, míg a grafit (jobbra) többrétegű grafénréteggel van rakva a Van der Waals Force csatlakoztatása révén.
Manapság a grafén sok szempontból is beszerezhető, és a különböző módszereknek megvannak a saját előnyei és hátrányai. Geim és Novoselov egyszerű módon kaptak grafént. A szupermarketekben elérhető átlátszó szalag felhasználásával lecsupaszították a grafént, egy grafitlemezt, amely csak egy réteg szénatomok vastag, egy darab nagyszabású pirolitikus grafitból. Ez kényelmes, de a kontrollálhatóság nem olyan jó, és a 100 mikronnál kevesebb méretű grafén (a milliméter egytizede) csak a kísérletekhez használható, de ezt a gyakorlati célokra nehéz felhasználni Alkalmazások. A kémiai gőzlerakódás grafénmintákat termeszthet a fém felületén tíz centiméter méretű. Noha a következetes orientációval rendelkező terület mindössze 100 mikron [3,4], egyes alkalmazások termelési igényeihez alkalmas volt. Egy másik általános módszer a szilícium -karbid (sIC) kristály több mint 1100 ℃ vákuumban történő melegítése, úgy, hogy a felület közelében lévő szilíciumatomok elpárologjanak, és a fennmaradó szénatomok átrendeződnek, ami jó tulajdonságokkal rendelkező grafénmintákat is kaphat.
A grafén egy új anyag, egyedi tulajdonságokkal: elektromos vezetőképessége ugyanolyan kiváló, mint a réz, és hővezető képessége jobb, mint bármely ismert anyag. Nagyon átlátható. A vertikális beeső látható fénynek csak egy kis részét (2,3%) abszorbeálja a grafén, és a fény nagy része áthalad. Annyira sűrű, hogy még a hélium atomok (a legkisebb gázmolekulák) sem tudnak átjutni. Ezeket a varázslatos tulajdonságokat nem közvetlenül öröklik a grafitból, hanem a kvantummechanikából. Egyedülálló elektromos és optikai tulajdonságai meghatározzák, hogy széles körű alkalmazási kilátásokkal rendelkezik.
Noha a grafén csak kevesebb, mint tíz éve jelent meg, számos műszaki alkalmazást mutatott be, ami nagyon ritka a fizika és az anyagtudomány területén. Több mint tíz év vagy akár évtizedekig tart, amíg az általános anyagok a laboratóriumból a valós életbe költöznek. Mi a grafén használata? Nézzük meg két példát.
Lágy átlátszó elektróda
Számos elektromos készülékben átlátszó vezetőképes anyagokat kell használni elektródként. Elektronikus órák, számológépek, televíziók, folyadékkristályos kijelzők, érintőképernyők, napelemek és sok más eszköz nem hagyhatják át az átlátszó elektródok létezését. A hagyományos átlátszó elektróda indium ón -oxidot (ITO) használ. A magas ár és a korlátozott indiumellátás miatt az anyag törékeny és rugalmasság hiánya, és az elektródot a vákuum középső rétegében kell lerakni, és a költségek viszonylag magas. A tudósok hosszú ideje megpróbálták megtalálni annak helyettesítőjét. Az átláthatóság, a jó vezetőképesség és az egyszerű előkészítés követelményein kívül, ha maga az anyag rugalmassága jó, akkor alkalmas lesz az „elektronikus papír” vagy más összecsukható kijelző eszköz készítésére. Ezért a rugalmasság szintén nagyon fontos szempont. A grafén olyan anyag, amely nagyon alkalmas az átlátszó elektródokra.
A dél -koreai Samsung és a Chengjunguan Egyetem kutatói 30 hüvelyk átlós hosszúságú grafént kaptak, kémiai gőzlerakódás útján, és egy 188 mikron vastag polietilén -tereftalát (PET) filmbe vitték át egy grafén alapú érintőképernyő előállításához [4]. Amint az az alábbi ábrán látható, a rézfólián termesztett grafént először a hőszűrő szalaggal (kék átlátszó rész) kötik, majd a rézfóliát kémiai módszerrel oldják fel, és végül a grafént fűtéssel továbbítják a PET -filmbe, fűtéssel továbbítják a PET -filmbe. -
Új fotoelektromos indukciós berendezés
A grafén nagyon egyedi optikai tulajdonságokkal rendelkezik. Noha csak egy atomréteg létezik, a kibocsátott fény 2,3% -át képes felszívni a teljes hullámhossz -tartományban a látható fénytől az infravörösig. Ennek a számnak semmi köze nincs a grafén más anyagparamétereihez, és a kvantumelektrodinamika határozza meg [6]. Az elnyelt fény a hordozók (elektronok és lyukak) előállításához vezet. A hordozók generációja és szállítása a grafénben nagyon különbözik a hagyományos félvezetőknél. Ez a grafént nagyon alkalmassá teszi az ultragyors fotoelektromos indukciós berendezésekhez. A becslések szerint az ilyen fotoelektromos indukciós berendezések 500 GHz frekvencián működhetnek. Ha a jelátvitelhez használják, akkor 500 milliárd nullát vagy másodpercenként továbbíthat, és egy másodperc alatt kitöltheti a két Blu Ray lemez tartalmának átvitelét.
Az Egyesült Államok IBM Thomas J. Watson Kutatóközpontjának szakértői grafént használtak olyan fotoelektromos indukciós eszközök gyártására, amelyek 10 GHz -es frekvencián működhetnek [8]. Először, a grafénpehelyeket egy 300 nm vastag szilícium -dioxiddal borított szilícium -szubsztráton készítettük „szalagkötési módszerrel”, majd palládium arany vagy titán arany elektródákkal, 1 mikron intervallummal és 250 nm szélességgel készültek. Ilyen módon grafén alapú fotoelektromos indukciós eszközt kapunk.
A grafén fotoelektromos indukciós berendezések és a pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) fotóinak vázlata a tényleges mintákról. Az ábrán látható fekete rövid vonal 5 mikronnak felel meg, és a fémvonalak közötti távolság egy mikron.
Kísérletek révén a kutatók azt találták, hogy ez a fém grafén fémszerkezet fotoelektromos indukciós eszköze legfeljebb 16 GHz -es munkamenőséget érhet el, és nagy sebességgel működhet a hullámhossz -tartományban 300 nm -ig (közel ultraibolya) és 6 mikron (infravörös), míg míg, míg az infravörös), míg A hagyományos fotoelektromos indukciós cső nem reagálhat az infravörös fényre hosszabb hullámhosszúsággal. A grafén fotoelektromos indukciós berendezések működési gyakorisága továbbra is nagyszerű fejlesztési lehetőséget kínál. Kiváló teljesítménye miatt az alkalmazás kilátásainak széles skálája van, beleértve a kommunikációt, a távirányítót és a környezeti megfigyelést.
Új anyagként, egyedi tulajdonságokkal, a grafén alkalmazásának kutatása egymás után alakul ki. Nehéz nekünk itt felsorolni őket. A jövőben lehetnek grafénből készült mezőhatások, grafénből és molekuláris detektorokból készült molekuláris kapcsolók, amelyek a mindennapi életben grafénből készülnek.
Arra számíthatunk, hogy a közeljövőben nagyszámú elektronikus termék jelenik meg a grafén használatával. Gondoljon arra, mennyire érdekes lenne, ha okostelefonjainkat és netbookjainkat fel lehetne gördíteni, a fülünkre ragasztva, a zsebünkbe töltve, vagy a csuklónk köré tekerve, ha nem használatban van!
A postai idő: március 09-2022