Geim i Novoselov je 2010. godine u 2010. godini osvojili Nobelovu nagradu za fiziku za svoj rad na grafikonu. Ova nagrada ostavila je dubok utisak na mnoge ljude. Uostalom, a ne svatko se eksperimentalni alat Nobelovog nagrada uobičajeva kao ljepljiva traka, a ne svaki je istraživački objekt magičan i jednostavan za razumijevanje kao "dvodimenzionalna kristalna" grafena. Rad u 2004. godini može se dodijeliti 2010. godine, što je retko u evidenciji Nobelove nagrade posljednjih godina.
Grafen je vrsta supstance koja se sastoji od jednog sloja ugljičnih atoma usko raspoređenih u dvodimenzionalnu šesterokutnu rešetku saća. Kao dijamant, grafit, fulleren, ugljični nanotube i amorfni ugljik, to je tvar (jednostavna supstanca) sastavljena od ugljičnih elemenata. Kao što je prikazano na donjoj slici, Fullerens i Carbon NanoTubes mogu se vidjeti kako se na neki način prevrnuli od jednog sloja grafene, koji je složeni mnogim slojevima grafena. Teorijska istraživanja o korištenju grafena za opisivanje svojstava različitih ugljičnih jednostavnih tvari (grafit, ugljični nanotpube i grafen) trajalo je gotovo 60 godina, ali općenito se vjeruje da su takvi dvodimenzionalni materijali teško postojati sam, pričvršćena samo na trodimenzionalnu površinu podloge ili unutarnjih tvari poput grafita. Tek 2004. godine, Andre Geim i njegov student Konstantin Novoselov skinuli su jedan sloj grafena iz grafita kroz eksperimente da je istraživanje o grafikonu postiglo novi razvoj.
I fullene (lijevo) i ugljični nanotube (sredina) mogu se smatrati da se na neki način prevrnu jednim slojem grafena, dok grafit (desno) stadi višestruki slojevi grafena kroz povezivanje Van der Waals Force.
Danas se grafen može dobiti na više načina, a različite metode imaju svoje prednosti i nedostatke. Geim i Novoselov stekli su grafena na jednostavan način. Upotreba prozirne trake dostupne u supermarketima, skidali su grafen, grafitni lim sa samo jednim slojem ugljičnih atoma debljine, od komada pirolitičkog grafita visoke narudžbe. Ovo je zbogom, ali kontrola nije tako dobra, a grafen s veličinom manje od 100 mikrona (jedna desetina milimetra) može se dobiti samo za eksperimente, ali teško je koristiti za praktičnu Aplikacije. Kemijski taložnik pare može uzgajati uzorke grafena veličinom desetina centimetara na metalnoj površini. Iako je područje sa dosljednom orijentacijom samo 100 mikrona [3,4], pogodno je za proizvodne potrebe nekih aplikacija. Druga uobičajena metoda je zagrijavanje kristala silikonskog karbida (SiC) na više od 1100 ℃ u vakuumu, tako da silicijumske atome u blizini površine ispari, a preostali atomi ugljika su preuređeni, koji mogu dobiti i uzorke grafikona sa dobrim svojstvima.
Grafen je novi materijal s jedinstvenim svojstvima: njegova električna provodljivost je jednako odličan kao bakar, a njegova termička provodljivost je bolja od bilo kojeg poznatog materijala. Vrlo je prozirna. Samo mali dio (2,3%) vertikalnog incidenta vidljive svjetlosti apsorbirat će grafen, a većina svjetla proći će. Toliko je gusta da čak i atomi helija (najmanji molekuli plina) ne mogu proći. Ova magična svojstva nisu izravno naslijeđena od grafita, već iz kvantne mehanike. Njegova jedinstvena električna i optička svojstva utvrđuju da ima široke perspektive aplikacije.
Iako se grafen pojavila samo manje od deset godina, pokazala je mnoge tehničke aplikacije, što je vrlo rijetko u poljima fizike i materijalne nauke. Potrebno je više od deset godina ili čak decenija za opće materijale za prelazak iz laboratorija u stvarni život. Kakva je upotreba grafena? Pogledajmo dva primjera.
Meka prozirna elektroda
U mnogim električnim aparatima potrebno je koristiti prozirni provodljivi materijali kao elektrode. Elektronski satovi, kalkulatori, televizori, tečni kristalni prikazi, dodirni ekrani, solarni paneli i mnogi drugi uređaji ne mogu ostaviti postojanje prozirnih elektroda. Tradicionalna prozirna elektroda koristi indijum Tin oksid (ITO). Zbog visoke cijene i ograničene ponude indija, materijal je krhki i nedostatak fleksibilnosti, a elektroda se treba položiti u srednjem sloju vakuuma, a troškovi su relativno visoki. Dugo vremena naučnici pokušavaju pronaći svoju zamjenu. Pored zahtjeva transparentnosti, dobre provodljivosti i jednostavne pripreme, ako je fleksibilnost samog materijala dobra, bit će pogodna za izradu "elektroničkih papira" ili drugih sklopivih uređaja za prikaz. Stoga je fleksibilnost također vrlo važan aspekt. Grafen je takav materijal koji je vrlo pogodan za prozirne elektrode.
Istraživači sa Samsunga i Chengjunguanskog univerziteta u Južnoj Koreji stekli su grafikonu dijagonalne taložnosti od 30 inča hemijske pare i prenijeli su ga na 188 mikrona debelog polietilena tekpefalata (kućnog ljubimca) za proizvodnju dodirnog ekrana [4]. Kao što je prikazano na donjoj slici, raste na bakrenoj foliji prvo se veže s termičkim skijanjem (plavim prozirnim dijelom), a zatim bakrena folija otopi hemijskom metodom, a konačno se grafen prenosi na film za kućne ljubimce grijanjem .
Nova fotoelektrična indukcijska oprema
Grafen ima vrlo jedinstvena optička svojstva. Iako postoji samo jedan sloj atoma, to može apsorbirati 2,3% emitirane svjetlosti u cijeloj valnoj dužini od vidljive svjetlosti do infracrvenog. Ovaj broj nema nikakve veze s drugim materijalnim parametrima grafena i određuje se kvantnom elektrodinamikom [6]. Apsorbirano svjetlo će dovesti do generacije nosača (elektrona i rupa). Generacija i transport prevoznika u Graphenu se vrlo razlikuju od onih u tradicionalnim poluvodičima. Zbog toga Grafene čini vrlo pogodnim za ultrafast fotoelektričnu indukcijsku opremu. Procjenjuje se da takva fotoelektrična indukcijska oprema može raditi na frekvenciji od 500 GHz. Ako se koristi za mjenjač signala, može prenijeti 500 milijardi nula ili onih u sekundi, a dovršiti prijenos sadržaja dva Blu Ray diskova u jednoj sekundi.
Stručnjaci IBM Thomas J. Watson Research Center u Sjedinjenim Državama koristili su grafen za proizvodnju fotoelektričnih indukcijskih uređaja koji mogu raditi na frekvenciji od 10 GHz [8]. Prvo, pahuljice grafena pripremljene su na silikonskoj podlozi prekrivenoj 300 nm debljine silicijske metodom ", a zatim su napravljene od 1 mikrona od 1 mikrona i širine od 250 nm. Na ovaj način se dobija fotoelektrični indukcijski uređaj na bazi grafikona.
Shematski dijagram grafene fotoelektrične indukcijske opreme i skeniranja elektrona mikroskopa (SEM) fotografije stvarnih uzoraka. Crna kratka linija na slici odgovara 5 mikrona, a udaljenost između metalnih linija je jedan mikron.
Kroz eksperimente su otkrili da se ovaj metalni metalni struktura metala fotoelektrični indukcijski uređaj može dostići većinu radne frekvencije od 16GHz, a može raditi velikom brzinom u valnoj dužini od 300 nm (u blizini ultraljubičastog) do 6 mikrona (infracrvene), dok Tradicionalna fotoelektrična indukcijska cijev ne može odgovoriti na infracrvenu svjetlost s dužom talasne dužine. Radna frekvencija grafenske fotoelektrične indukcijske opreme i dalje ima odličnu sobu za poboljšanje. Njegove vrhunske performanse čini da ima širok spektar perspektiva aplikacija, uključujući komunikaciju, daljinski upravljač i nadzor okoliša.
Kao novi materijal s jedinstvenim svojstvima, istraživanje o primjeni grafena pojavljuje se jedno za drugim. Teško nam je da ih nabrojimo ovdje. U budućnosti mogu postojati cijevi od polja izrađenih od grafena, molekularnih sklopki izrađenih od grafikona i molekularnih detektora od grafena u svakodnevnom životu ... Grafen koji postepeno izlazi iz laboratorije zasjat će u svakodnevnom životu.
Možemo očekivati da će se u bliskoj budućnosti pojaviti veliki broj elektroničkih proizvoda koji koriste Grapene. Razmislite o tome koliko bi bilo zanimljivo ako se naši pametni telefoni i netbooks mogu prevrnuti, stegnuti na našim ušima, puniti u naše džepove ili umotan oko naših zgloba kada se ne koriste!
Vrijeme objavljivanja: Mar-09-2022