Fl-2010, Geim u Novoselov rebħu l-Premju Nobel fil-Fiżika għax-xogħol tagħhom fuq Graphene. Dan il-premju ħalla impressjoni profonda fuq ħafna nies. Wara kollox, mhux kull għodda sperimentali tal-Premju Nobel hija komuni daqs tejp li jwaħħal, u mhux kull oġġett ta 'riċerka huwa daqshekk maġiku u faċli biex jinftiehem bħala "kristall bidimensjonali" graphene. Ix-xogħol fl-2004 jista 'jingħata fl-2010, li huwa rari fir-rekord tal-Premju Nobel f'dawn l-aħħar snin.
Il-grafena hija tip ta 'sustanza li tikkonsisti f'saff wieħed ta' atomi tal-karbonju rranġati mill-qrib f'annelli eżagonali tax-xehda b'żewġ dimensjonijiet. Bħal djamant, grafita, fullerene, nanotubi tal-karbonju u karbonju amorfu, hija sustanza (sustanza sempliċi) magħmula minn elementi tal-karbonju. Kif jidher fil-figura hawn taħt, fullerenes u nanotubi tal-karbonju jistgħu jitqiesu bħala rrumblati b'xi mod minn saff wieħed ta 'grafena, li huwa stivat minn ħafna saffi ta' grafena. Ir-riċerka teoretika dwar l-użu tal-graphene biex tiddeskrivi l-proprjetajiet ta 'diversi sustanzi sempliċi tal-karbonju (grafita, nanotubi tal-karbonju u grafena) damet għal kważi 60 sena, iżda ġeneralment huwa maħsub li tali materjali b'żewġ dimensjonijiet huma diffiċli biex jeżistu b'mod stabbli waħedhom, Imwaħħal biss mal-wiċċ tas-substrat tridimensjonali jew sustanzi ġewwa bħal grafita. Ma kienx sal-2004 li Andre Geim u l-istudent tiegħu Konstantin Novoselov neħħew saff wieħed ta 'graphene mill-grafita permezz ta' esperimenti li r-riċerka dwar il-grafena kisbet żvilupp ġdid.
Kemm il-fullerene (xellug) kif ukoll in-nanotub tal-karbonju (nofs) jistgħu jitqiesu li huma rrumblati minn saff wieħed ta 'graphene b'xi mod, waqt li l-grafita (lemin) hija stivata minn saffi multipli ta' grafena permezz tal-konnessjoni tal-forza ta 'van der Waals.
Illum il-ġurnata, il-grafena tista 'tinkiseb b'ħafna modi, u metodi differenti għandhom il-vantaġġi u l-iżvantaġġi tagħhom stess. Geim u Novoselov kisbu graphene b'mod sempliċi. Bl-użu ta 'tejp trasparenti disponibbli fis-supermarkets, huma mqaxxra graphene, folja tal-grafita b'saff wieħed biss ta' atomi tal-karbonju oħxon, minn biċċa grafita pirolitika ta 'ordni għolja. Dan huwa konvenjenti, iżda l-kontrollabbiltà mhix daqshekk tajba, u l-grafena b'daqs ta 'inqas minn 100 mikron (wieħed minn għaxra ta' millimetru) tista 'tinkiseb biss, li tista' tintuża għal esperimenti, iżda huwa diffiċli li tintuża għal prattiku applikazzjonijiet. Id-deposizzjoni tal-fwar kimiku tista 'tikber kampjuni tal-grafena bid-daqs ta' għexieren ta 'ċentimetri fuq il-wiċċ tal-metall. Għalkemm iż-żona b'orjentazzjoni konsistenti hija biss 100 mikron [3,4], kienet adattata għall-bżonnijiet ta 'produzzjoni ta' xi applikazzjonijiet. Metodu komuni ieħor huwa li ssaħħan il-kristall tal-karbur tas-silikon (sic) għal aktar minn 1100 ℃ fil-vakwu, sabiex l-atomi tas-silikon ħdejn il-wiċċ jevaporaw, u l-atomi tal-karbonju li jifdal jiġu rranġati mill-ġdid, li jistgħu wkoll jiksbu kampjuni tal-grafena bi proprjetajiet tajbin.
Grafene huwa materjal ġdid bi proprjetajiet uniċi: il-konduttività elettrika tagħha hija eċċellenti daqs ir-ram, u l-konduttività termali tagħha hija aħjar minn kwalunkwe materjal magħruf. Huwa trasparenti ħafna. Parti żgħira biss (2.3%) tad-dawl viżibbli tal-inċident vertikali se tkun assorbita mill-grafena, u ħafna mid-dawl jgħaddu. Huwa daqshekk dens li anke l-atomi tal-elju (l-iżgħar molekuli tal-gass) ma jistgħux jgħaddu. Dawn il-proprjetajiet maġiċi ma jintirtux direttament mill-grafita, iżda mill-mekkanika kwantistika. Il-proprjetajiet elettriċi u ottiċi uniċi tagħha jiddeterminaw li għandu prospetti wiesgħa ta 'applikazzjoni.
Għalkemm il-grafena dehret biss għal inqas minn għaxar snin, wriet ħafna applikazzjonijiet tekniċi, li hija rari ħafna fl-oqsma tal-fiżika u x-xjenza materjali. Huwa jieħu aktar minn għaxar snin jew saħansitra għexieren ta 'snin għal materjali ġenerali biex jimxu minn laboratorju għal ħajja reali. X'inhu l-użu tal-graphene? Ejja nħarsu lejn żewġ eżempji.
Elettrodu trasparenti artab
F’ħafna apparat elettriku, materjali konduttivi trasparenti għandhom jintużaw bħala elettrodi. Arloġġi elettroniċi, kalkulaturi, televiżjonijiet, wirjiet tal-kristall likwidu, skrins tal-mess, pannelli solari u ħafna apparati oħra ma jistgħux iħallu l-eżistenza ta 'elettrodi trasparenti. L-elettrodu trasparenti tradizzjonali juża ossidu tal-landa tal-indju (ITO). Minħabba l-prezz għoli u l-provvista limitata ta 'indju, il-materjal huwa fraġli u n-nuqqas ta' flessibilità, u l-elettrodu jeħtieġ li jiġi depożitat fis-saff tan-nofs tal-vakwu, u l-ispiża hija relattivament għolja. Għal żmien twil, ix-xjentisti ilhom jippruvaw isibu s-sostitut tagħha. Minbarra r-rekwiżiti ta 'trasparenza, konduttività tajba u preparazzjoni faċli, jekk il-flessibilità tal-materjal innifsu hija tajba, se tkun adattata biex tagħmel "karta elettronika" jew apparati oħra tal-wiri li jistgħu jintwew. Għalhekk, il-flessibilità hija wkoll aspett importanti ħafna. Il-grafena hija materjal bħal dan, li huwa adattat ħafna għal elettrodi trasparenti.
Riċerkaturi mill-Università Samsung u Chengjuguan fil-Korea t'Isfel kisbu graphene b'tul djagonali ta '30 pulzier permezz ta 'deposizzjoni ta' fwar kimiku u ttrasferixxuh għal film ta '188 mikron ħoxnin tal-polietilene terephthalate (PET) biex jipproduċi touch screen ibbażat fuq il-grafena [4]. Kif muri fil-figura hawn taħt, il-grafena mkabbra fuq il-fojl tar-ram hija l-ewwel marbuta mat-tejp tat-tqaxxir termali (parti trasparenti blu), allura l-fojl tar-ram jinħall bil-metodu kimiku, u finalment il-grafena hija trasferita għall-film tal-annimali domestiċi billi ssaħħan -
Tagħmir ta 'induzzjoni fotoelettriku ġdid
Grafen għandu proprjetajiet ottiċi uniċi ħafna. Għalkemm hemm saff wieħed biss ta 'atomi, jista' jassorbi 2.3% tad-dawl li joħroġ fit-tul ta 'mewġa kollu jvarja minn dawl viżibbli għal infra-aħmar. Dan in-numru m'għandu x'jaqsam xejn ma 'parametri materjali oħra tal-grafena u huwa determinat minn elettrodinamiċità kwantistika [6]. Id-dawl assorbit iwassal għall-ġenerazzjoni ta ’trasportaturi (elettroni u toqob). Il-ġenerazzjoni u t-trasport tat-trasportaturi fil-grafena huma differenti ħafna minn dawk fis-semikondutturi tradizzjonali. Dan jagħmel il-grafena adattata ħafna għal tagħmir ta 'induzzjoni fotoelettrika ultrafast. Huwa stmat li tali tagħmir ta 'induzzjoni fotoelettrika jista' jaħdem fil-frekwenza ta '500GHz. Jekk tintuża għat-trasmissjoni tas-sinjal, tista 'tittrasmetti 500 biljun żeri jew dawk kull sekonda, u tlesti t-trasmissjoni tal-kontenut ta' żewġ diski blu ray f'sekonda.
Esperti mill-IBM Thomas J. Watson Research Centre fl-Istati Uniti użaw graphene biex jimmanifatturaw apparati ta 'induzzjoni fotoelettrika li jistgħu jaħdmu bi frekwenza ta' 10GHz [8]. L-ewwelnett, il-qxur tal-grafena tħejjew fuq sottostrat tas-silikon miksi b'silika ħoxna ta '300 nm permezz ta' "metodu ta 'dmugħ ta' tejp", u mbagħad elettrodi tad-deheb tad-deheb jew titanju tal-palladju b'intervall ta '1 mikron u wisa' ta '250 nm saret fuqha. B'dan il-mod, huwa miksub apparat ta 'induzzjoni fotoelettrika bbażat fuq il-grafena.
Dijagramma skematika ta 'tagħmir ta' induzzjoni fotoelettrika tal-grafena u ritratti ta 'mikroskopju elettroniku (SEM) ta' kampjuni attwali. Il-linja qasira sewda fil-figura tikkorrispondi għal 5 mikroni, u d-distanza bejn il-linji tal-metall hija waħda mikron.
Permezz ta 'esperimenti, ir-riċerkaturi sabu li dan l-apparat ta' induzzjoni fotoelettrika tal-metall graphene tal-metall jista 'jilħaq il-frekwenza tax-xogħol ta' 16GHz fil-biċċa l-kbira, u jista 'jaħdem b'veloċità għolja fit-tul ta' mewġa ta 'medda minn 300 nm (ħdejn ultravjola) sa 6 mikron (infra-aħmar), waqt li It-tubu ta 'induzzjoni fotoelettrika tradizzjonali ma jistax jirrispondi għal dawl infra-aħmar b'tul ta' mewġa itwal. Il-frekwenza tax-xogħol tat-tagħmir tal-induzzjoni fotoelettrika tal-graphene għad għandha spazju tajjeb għal titjib. Il-prestazzjoni superjuri tagħha tagħmilha firxa wiesgħa ta 'prospetti ta' applikazzjoni, inklużi komunikazzjoni, kontroll mill-bogħod u monitoraġġ ambjentali.
Bħala materjal ġdid bi proprjetajiet uniċi, ir-riċerka dwar l-applikazzjoni tal-grafena qed titfaċċa waħda wara l-oħra. Huwa diffiċli għalina li nissenerawhom hawn. Fil-futur, jista 'jkun hemm tubi ta' effett fuq il-post magħmul minn graphene, swiċċijiet molekulari magħmula minn graphene u ditekters molekulari magħmula mill-grafena fil-ħajja ta 'kuljum ... grafena li gradwalment toħroġ mill-laboratorju se tiddi fil-ħajja ta' kuljum.
Nistgħu nistennew li numru kbir ta 'prodotti elettroniċi li jużaw graphene jidhru fil-futur qarib. Aħseb dwar kemm hu interessanti jekk is-smartphones u n-netbooks tagħna jistgħu jiġu rrumblati, imqabbda fuq widnejna, mimlija fil-bwiet tagħna, jew imgeżwer madwar il-polz tagħna meta ma jintużawx!
Ħin ta 'wara: Mar-09-2022