Fl-2010, Geim u Novoselov rebħu l-Premju Nobel fil-fiżika għax-xogħol tagħhom fuq il-grafene.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 maġiku u faċli biex jinftiehem daqs il-graffen ta' "kristall bidimensjonali".Ix-xogħol fl-2004 jista' jingħata fl-2010, li huwa rari fir-rekord tal-Premju Nobel f'dawn l-aħħar snin.
Il-grafene huwa tip ta 'sustanza li tikkonsisti f'saff wieħed ta' atomi tal-karbonju rranġati mill-qrib f'kannizzata eżagonali ta 'xehda bidimensjonali.Bħal djamant, grafita, fullerene, nanotubi tal-karbonju u karbonju amorfu, hija sustanza (sustanza sempliċi) magħmula minn elementi tal-karbonju.Kif muri fil-figura ta 'hawn taħt, fullerenes u nanotubi tal-karbonju jistgħu jidhru bħala rrumblati b'xi mod minn saff wieħed ta' graphene, li huwa f'munzelli b'ħafna saffi ta 'graphene.Ir-riċerka teoretika dwar l-użu tal-grafin biex tiddeskrivi l-proprjetajiet ta 'diversi sustanzi sempliċi tal-karbonju (grafit, nanotubi tal-karbonju u grafen) damet għal kważi 60 sena, iżda ġeneralment huwa maħsub li materjali bidimensjonali bħal dawn huma diffiċli biex jeżistu b'mod stabbli waħdu, imwaħħal biss mal-wiċċ tas-sottostrat tridimensjonali jew ġewwa sustanzi bħall-grafita.Kien biss fl-2004 li Andre Geim u l-istudent tiegħu Konstantin Novoselov neħħew saff wieħed ta 'grafita mill-grafita permezz ta' esperimenti li r-riċerka dwar il-grafita kisbet żvilupp ġdid.
Kemm il-fulerene (xellug) kif ukoll in-nanotubu tal-karbonju (nofs) jistgħu jitqiesu bħala rrumblati b'saff wieħed ta 'grafene b'xi mod, filwaqt li l-grafita (lemin) hija f'munzelli minn saffi multipli ta' grafen permezz tal-konnessjoni tal-forza ta 'van der Waals.
Illum il-ġurnata, graphene jista 'jinkiseb f'ħafna modi, u metodi differenti għandhom il-vantaġġi u l-iżvantaġġi tagħhom stess.Geim u Novoselov kisbu graphene b'mod sempliċi.Permezz ta 'tejp trasparenti disponibbli fis-supermarkits, huma tqaxxar il-grafita, folja tal-grafita b'saff wieħed biss ta' atomi tal-karbonju ħoxnin, minn biċċa grafita pirolitika ta 'ordni għolja.Dan huwa konvenjenti, iżda l-kontrollabbiltà mhix daqshekk tajba, u graphene b'daqs ta 'inqas minn 100 mikron (wieħed minn għaxra ta' millimetru) jista 'jinkiseb biss, li jista' jintuża għal esperimenti, iżda huwa diffiċli li jintuża għal prattiċi applikazzjonijiet.Id-depożizzjoni tal-fwar kimiku tista 'tikber kampjuni tal-graffen 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-ħtiġijiet tal-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-graffen bi proprjetajiet tajbin.
Il-grafene huwa materjal ġdid bi proprjetajiet uniċi: il-konduttività elettrika tiegħu 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 inċidentali vertikali se tiġi assorbita mill-graffen, u l-biċċa l-kbira tad-dawl jgħaddi minnu.Huwa tant dens li lanqas l-atomi tal-elju (l-iżgħar molekuli tal-gass) ma jistgħux jgħaddu minnha.Dawn il-proprjetajiet maġiċi ma jintirtux direttament mill-grafita, iżda mill-mekkanika kwantistika.Il-proprjetajiet elettriċi u ottiċi uniċi tagħha jiddeterminaw li għandha prospetti wesgħin ta 'applikazzjoni.
Għalkemm il-graphene deher biss għal inqas minn għaxar snin, wera ħafna applikazzjonijiet tekniċi, li huwa rari ħafna fl-oqsma tal-fiżika u x-xjenza tal-materjal.Jieħu aktar minn għaxar snin jew saħansitra għexieren ta 'snin biex materjali ġenerali jimxu mil-laboratorju għall-ħajja reali.X'inhu l-użu tal-grafene?Ejja nħarsu lejn żewġ eżempji.
Elettrodu trasparenti artab
F'ħafna apparati elettriċi, materjali konduttivi trasparenti jeħtieġ li jintużaw bħala elettrodi.Arloġġi elettroniċi, kalkolaturi, televiżjonijiet, wirjiet tal-kristalli likwidi, touch screens, 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 'l-indju, il-materjal huwa fraġli u 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-xjenzati ilhom jippruvaw isibu s-sostitut tiegħu.Minbarra r-rekwiżiti ta 'trasparenza, konduttività tajba u preparazzjoni faċli, jekk il-flessibilità tal-materjal innifsu hija tajba, tkun adattata biex tagħmel "karta elettronika" jew apparati oħra tal-wiri li jintwew.Għalhekk, il-flessibbiltà hija wkoll aspett importanti ħafna.Il-grafene huwa materjal bħal dan, li huwa adattat ħafna għal elettrodi trasparenti.
Riċerkaturi minn Samsung u chengjunguan University fil-Korea t'Isfel kisbu graphene b'tul djagonali ta '30 pulzier permezz ta' depożizzjoni kimika tal-fwar u ttrasferiwh għal film tal-polyethylene terephthalate (PET) ta '188 mikron ħoxnin biex jipproduċu touch screen ibbażat fuq graphene [4].Kif muri fil-figura ta 'hawn taħt, il-grafin imkabbar fuq il-fojl tar-ram huwa l-ewwel magħqud mat-tejp tat-tqaxxir termali (parti blu trasparenti), imbagħad il-fojl tar-ram jiġi maħlul b'metodu kimiku, u finalment il-grafin jiġi trasferit għall-film tal-PET billi jissaħħan .
Tagħmir ġdid ta 'induzzjoni fotoelettrika
Il-grafene għandu proprjetajiet ottiċi uniċi ħafna.Għalkemm hemm saff wieħed biss ta 'atomi, jista' jassorbi 2.3% tad-dawl emess fil-medda kollha ta 'wavelength minn dawl viżibbli għal infra-aħmar.Dan in-numru m'għandu x'jaqsam xejn ma' parametri materjali oħra tal-grafene u huwa determinat mill-elettrodinamika kwantistika [6].Id-dawl assorbit se jwassal għall-ġenerazzjoni ta 'trasportaturi (elettroni u toqob).Il-ġenerazzjoni u t-trasport ta 'trasportaturi fil-grafene huma differenti ħafna minn dawk fis-semikondutturi tradizzjonali.Dan jagħmel il-graffen adattat ħafna għal tagħmir ta 'induzzjoni fotoelettrika ultraveloċi.Huwa stmat li tali tagħmir ta 'induzzjoni fotoelettrika jista' jaħdem fil-frekwenza ta '500ghz.Jekk tintuża għat-trażmissjoni tas-sinjali, tista 'tittrasmetti 500 biljun żero jew waħda kull sekonda, u tlesti t-trażmissjoni tal-kontenut ta' żewġ diski Blu ray f'sekonda waħda.
Esperti mill-IBM Thomas J. Watson Research Center fl-Istati Uniti użaw il-graffen biex jimmanifatturaw apparati ta 'induzzjoni fotoelettrika li jistgħu jaħdmu bi frekwenza ta' 10GHz [8].L-ewwelnett, qxur tal-grafene ġew ippreparati fuq sottostrat tas-silikon miksi b'silika ħoxna ta '300 nm permezz ta' "metodu ta 'tiċrit tat-tejp", u mbagħad saru fuqu elettrodi tad-deheb tal-palladju jew tat-titanju b'intervall ta' 1 mikron u wisa 'ta' 250 nm.B'dan il-mod, jinkiseb apparat ta 'induzzjoni fotoelettrika bbażat fuq graphene.
Dijagramma skematika ta 'tagħmir ta' induzzjoni fotoelettrika tal-grafene u ritratti tal-mikroskopju elettroniku tal-iskannjar (SEM) ta 'kampjuni attwali.Il-linja qasira sewda fil-figura tikkorrispondi għal 5 mikroni, u d-distanza bejn il-linji tal-metall hija mikron wieħed.
Permezz ta 'esperimenti, ir-riċerkaturi sabu li dan l-apparat ta' induzzjoni fotoelettrika tal-istruttura tal-metall tal-graffen tal-metall jista 'jilħaq il-frekwenza tax-xogħol ta' 16ghz l-aktar, u jista 'jaħdem b'veloċità għolja fil-medda ta' wavelength minn 300 nm (qrib ultravjola) sa 6 mikroni (infra-aħmar), filwaqt li it-tubu ta 'induzzjoni fotoelettrika tradizzjonali ma jistax jirrispondi għal dawl infra-aħmar b'wavelength itwal.Il-frekwenza tax-xogħol tat-tagħmir ta 'induzzjoni fotoelettrika tal-grafene għad għandha spazju kbir 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-grafene qed toħroġ waħda wara l-oħra.Huwa diffiċli għalina li nużawhom hawn.Fil-futur, jista 'jkun hemm tubi ta' effett ta 'kamp magħmulin mill-grafene, swiċċijiet molekulari magħmulin mill-grafin u ditekters molekulari magħmulin mill-grafin fil-ħajja ta' kuljum... Graphene li gradwalment joħroġ mil-laboratorju se jiddi fil-ħajja ta 'kuljum.
Nistgħu nistennew li numru kbir ta 'prodotti elettroniċi li jużaw graphene se jidhru fil-futur qarib.Aħseb dwar kemm ikun interessanti jekk l-ismartphones u n-netbooks tagħna jkunu jistgħu jiġu rrumblati, imqabbda fuq widnejna, mimlijin fil-bwiet tagħna, jew imgeżwer madwar il-polz tagħna meta ma jkunux qed jintużaw!
Ħin tal-post: Mar-09-2022