En 2010, Geim kaj Novoselov gajnis la Nobel -premion pri fiziko pro sia laboro pri grafeno. Ĉi tiu premio lasis profundan impreson pri multaj homoj. Finfine, ne ĉiu Nobel-premio eksperimenta ilo estas tiel ofta kiel adhesiva bendo, kaj ne ĉiu esplora objekto estas tiel magia kaj facile komprenebla kiel "du-dimensia kristalo" grafeno. La laboro en 2004 povas esti aljuĝita en 2010, kio estas malofta en la rekordo de Nobel -premio en la lastaj jaroj.
Grafeno estas speco de substanco, kiu konsistas el ununura tavolo de karbonaj atomoj proksime aranĝitaj en du-dimensian mielan sesangulan reton. Kiel diamanto, grafito, fullereno, karbonaj nanotuboj kaj amorfa karbono, ĝi estas substanco (simpla substanco) kunmetita de karbonaj elementoj. Kiel montrite en la figuro sube, fullerenoj kaj karbonaj nanotuboj povas esti vidataj kiel rulitaj iel el unu sola tavolo de grafeno, kiu estas stakigita de multaj tavoloj de grafeno. La teoria esplorado pri la uzo de grafeno por priskribi la proprietojn de diversaj karbonaj simplaj substancoj (grafito, karbonaj nanotuboj kaj grafeno) daŭris preskaŭ 60 jarojn, sed oni ĝenerale kredas, ke tiaj du-dimensiaj materialoj malfacile ekzistas sole, nur ligitaj al la tridimensia substrata surfaco aŭ internaj substancoj kiel grafito. Ne ĝis 2004 Andre Geim kaj lia studento Konstantin Novoselov senvestigis ununuran tavolon de grafeno el grafito per eksperimentoj, kiujn la esplorado pri grafeno atingis novan disvolviĝon.
Ambaŭ fullereno (maldekstre) kaj karbona nanotubo (meza) povas esti konsiderataj kiel iel rulitaj de ununura tavolo de grafeno, dum grafito (dekstre) estas stakigita per multoblaj tavoloj de grafeno tra la ligo de van der Waals -forto.
Nuntempe oni povas akiri grafenon multmaniere, kaj malsamaj metodoj havas siajn proprajn avantaĝojn kaj malavantaĝojn. Geim kaj Novoselov akiris grafenon simple. Uzante travideblan bendon haveblan en superbazaroj, ili senvestigis grafenon, grafitan folion kun nur unu tavolo de karbonaj atomoj dikaj, el peco de alta ordo pirolitika grafito. Ĉi tio estas oportuna, sed la kontrolebleco ne estas tiel bona, kaj grafeno kun grandeco de malpli ol 100 mikronoj (unu dekono de milimetro) povas esti akirita nur, kiu povas esti uzata por eksperimentoj, sed malfacilas esti uzata por praktika Aplikoj. Kemia deponejo de vaporo povas kreskigi specimenojn de grafeno kun la grandeco de dekoj da centimetroj sur la metala surfaco. Kvankam la areo kun konsekvenca orientiĝo estas nur 100 mikronoj [3,4], ĝi taŭgis por la produktadaj bezonoj de iuj aplikoj. Alia ofta metodo estas varmigi la kristalon de silicia karburo (sic) al pli ol 1100 ℃ en vakuo, tiel ke la siliciaj atomoj proksime de la surfaco forvaporiĝas, kaj la ceteraj karbonaj atomoj estas reordigitaj, kiuj ankaŭ povas akiri specimenojn de grafeno kun bonaj proprietoj.
Grafeno estas nova materialo kun unikaj ecoj: ĝia elektra konduktiveco estas tiel bonega kiel kupro, kaj ĝia termika konduktiveco estas pli bona ol iu ajn konata materialo. Ĝi estas tre travidebla. Nur malgranda parto (2,3%) de la vertikala incidento videbla lumo estos sorbita de grafeno, kaj la plej granda parto de la lumo trapasos. Ĝi estas tiel densa, ke eĉ heliumaj atomoj (la plej malgrandaj gasaj molekuloj) ne povas trairi. Ĉi tiuj magiaj proprietoj ne estas rekte hereditaj de grafito, sed de kvantuma mekaniko. Ĝiaj unikaj elektraj kaj optikaj proprietoj determinas, ke ĝi havas larĝajn aplikajn perspektivojn.
Kvankam grafeno aperis nur dum malpli ol dek jaroj, ĝi montris multajn teknikajn aplikojn, kio estas tre malofta en la kampoj de fiziko kaj materiala scienco. Ĝi bezonas pli ol dek jarojn aŭ eĉ jardekojn por ĝeneralaj materialoj por moviĝi de laboratorio al reala vivo. Kion utilas grafeno? Ni rigardu du ekzemplojn.
Mola travidebla elektrodo
En multaj elektraj aparatoj, travideblaj konduktaj materialoj devas esti uzataj kiel elektrodoj. Elektronikaj horloĝoj, kalkuliloj, televidiloj, likvaj kristalaj ekranoj, tuŝaj ekranoj, sunaj paneloj kaj multaj aliaj aparatoj ne povas lasi la ekziston de travideblaj elektrodoj. La tradicia travidebla elektrodo uzas indian stanan ruston (ITO). Pro la alta prezo kaj limigita provizo de indio, la materialo estas frapa kaj manko de fleksebleco, kaj la elektrodo devas esti deponita en la meza tavolo de vakuo, kaj la kosto estas relative alta. Dum longa tempo, sciencistoj klopodis trovi ĝian anstataŭanton. Krom la postuloj de travidebleco, bona konduktiveco kaj facila preparado, se la fleksebleco de la materialo mem taŭgas, ĝi taŭgos por fari "elektronikan paperon" aŭ aliajn faldeblajn ekranajn aparatojn. Tial fleksebleco ankaŭ estas tre grava aspekto. Grafeno estas tia materialo, kiu tre taŭgas por travideblaj elektrodoj.
Esploristoj de Samsung kaj Chengjunguan University en Sud -Koreio akiris grafenon kun diagonala longo de 30 coloj per kemia vapora deponejo kaj transdonis ĝin al 188 -mikrona dika polietilena tereftala (PET) filmo por produkti tuŝekranon de grafeno [4]. Kiel montrite en la suba figuro, la grafeno kreskita sur la kupra folio unue estas ligita kun la termika strio -bendo (blua travidebla parto), tiam la kupra folio estas solvita per kemia metodo, kaj fine la grafeno estas transdonita al la dorlotbesta filmo per hejtado .
Nova fotoelektra indukta ekipaĵo
Grafeno havas tre unikajn optikajn proprietojn. Kvankam ekzistas nur unu tavolo de atomoj, ĝi povas sorbi 2,3% de la elsendita lumo en la tuta ondolongo de videbla lumo ĝis infraruĝo. Ĉi tiu nombro havas nenion komunan kun aliaj materiaj parametroj de grafeno kaj estas determinita per kvantuma elektrodinamiko [6]. La sorbita lumo kondukos al la generado de portantoj (elektronoj kaj truoj). La generacio kaj transportado de portantoj en grafeno tre diferencas de tiuj en tradiciaj duonkonduktaĵoj. Ĉi tio faras grafenon tre taŭga por ultrarapida fotoelektra indukta ekipaĵo. Oni taksas, ke tia fotoelektra indukta ekipaĵo povas funkcii ĉe la ofteco de 500GHz. Se ĝi estas uzata por signal -transdono, ĝi povas transdoni 500 miliardojn da nuloj aŭ unu por dua, kaj kompletigi la transdonon de la enhavo de du Blu -diskoj en unu sekundo.
Fakuloj de IBM Thomas J. Watson Research Center en Usono uzis grafenon por fabriki fotoelektrajn induktajn aparatojn, kiuj povas funkcii je 10GHz -frekvenco [8]. Unue, grafenaj flakoj estis preparitaj sur silicia substrato kovrita per 300 nm dika siliko per "bendo -larmmetodo", kaj tiam paladio oro aŭ titanaj oraj elektrodoj kun intervalo de 1 mikrono kaj larĝo de 250 nm estis faritaj sur ĝi. Tiamaniere oni akiras grafen -bazitan fotoelektran induktan aparaton.
Skema diagramo de grafena fotoelektra indukta ekipaĵo kaj skana elektronika mikroskopo (SEM) fotoj de realaj specimenoj. La nigra mallonga linio en la figuro respondas al 5 mikronoj, kaj la distanco inter metalaj linioj estas unu mikrono.
Per eksperimentoj, la esploristoj trovis, ke ĉi tiu metala grafena metala strukturo fotoelektra indukta aparato povas atingi la funkciantan frekvencon de 16 GHz maksimume, kaj povas funkcii kun alta rapideco en la ondolongo de 300 nm (proksime de ultraviola) ĝis 6 mikronoj (infraruĝintaj), dum La tradicia fotoelektra indukta tubo ne povas respondi al infraruĝa lumo kun pli longa ondolongo. La funkcia ofteco de grafena fotoelektra indukta ekipaĵo ankoraŭ havas bonegan lokon por plibonigo. Ĝia supera agado igas ĝin havi ampleksan gamon de aplikaj perspektivoj, inkluzive de komunikado, fora kontrolo kaj media monitorado.
Kiel nova materialo kun unikaj ecoj, la esplorado pri la apliko de grafeno aperas unu post la alia. Estas malfacile por ni enumeri ilin ĉi tie. En la estonteco, eble estos tuboj de kampo -efikoj faritaj el grafeno, molekulaj ŝaltiloj faritaj el grafeno kaj molekulaj detektiloj faritaj el grafeno en ĉiutaga vivo ... grafeno, kiu iom post iom eliras el la laboratorio, brilos en ĉiutaga vivo.
Ni povas atendi, ke granda nombro da elektronikaj produktoj uzantaj grafenon aperos baldaŭ. Pripensu kiom interese estus, se niaj inteligentaj telefonoj kaj retlibroj povus esti ruliĝintaj, alkroĉitaj sur niajn orelojn, plenigitajn en niaj poŝoj, aŭ envolvitaj ĉirkaŭ niaj pojnoj, kiam ili ne uzas!
Afiŝotempo: MAR-09-2022