En 2010, Geim kaj Novoselov gajnis la Nobel-premion pri fiziko pro sia laboro pri grafeno.Ĉi tiu premio lasis profundan impreson sur multaj homoj.Post ĉio, ne ĉiu Nobel-premiita eksperimenta ilo estas tiel ofta kiel glubendo, kaj ne ĉiu esplorobjekto estas same magia kaj facile komprenebla kiel "dudimensia kristalo" grafeno.La laboro en 2004 povas esti premiita 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 karbonatomoj proksime aranĝitaj en dudimensian kahelan sesangulan kradon.Kiel diamanto, grafito, fulereno, karbonaj nanotuboj kaj amorfa karbono, ĝi estas substanco (simpla substanco) kunmetita de karbonaj elementoj.Kiel montrite en la figuro malsupre, fulerenoj kaj karbonaj nanotuboj povas esti viditaj kiel kunvolvitaj iel el ununura tavolo de grafeno, kiu estas stakigita per multaj tavoloj de grafeno.La teoria esplorado pri la uzo de grafeno por priskribi la ecojn de diversaj karbonaj simplaj substancoj (grafito, karbonaj nanotuboj kaj grafeno) daŭras preskaŭ 60 jarojn, sed ĝenerale oni opinias, ke tiaj dudimensiaj materialoj malfacilas stabile ekzisti sole, nur alkroĉita al la tridimensia substratsurfaco aŭ ene de substancoj kiel grafito.Nur en 2004 Andre Geim kaj lia studento Konstantin Novoselov forigis unuopan tavolon de grafeno el grafito per eksperimentoj, ke la esplorado pri grafeno atingis novan evoluon.
Kaj fulereno (maldekstre) kaj karbona nanotubo (meze) povas esti rigardataj kiel kunvolvitaj per ununura tavolo de grafeno iel, dum grafito (dekstra) estas stakigita per multoblaj tavoloj de grafeno tra la ligo de van der Waals-forto.
Nuntempe, grafeno povas esti akirita en multaj manieroj, kaj malsamaj metodoj havas siajn proprajn avantaĝojn kaj malavantaĝojn.Geim kaj Novoselov akiris grafenon en simpla maniero.Uzante travidebla bendo disponebla en superbazaroj, ili senvestigis grafenon, grafitan folion kun nur unu tavolo de karbonatomoj dika, el peco de alta orda piroliza 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) nur povas esti akirita, kiu povas esti uzata por eksperimentoj, sed ĝi estas malfacile uzebla por praktika. aplikoj.Kemia vapordemetado povas kreskigi grafenajn specimenojn kun la grandeco de dekoj da centimetroj sur la metalsurfaco.Kvankam la areo kun konsekvenca orientiĝo estas nur 100 mikronoj [3,4], ĝi estis taŭga por la produktadbezonoj de kelkaj aplikoj.Alia ofta metodo estas varmigi la kristalon de silicio-karbido (SIC) al pli ol 1100 ℃ en vakuo, tiel ke la siliciaj atomoj proksime de la surfaco vaporiĝas, kaj la ceteraj karbonatomoj estas rearanĝitaj, kiuj ankaŭ povas akiri grafenajn specimenojn kun bonaj propraĵoj.
Grafeno estas nova materialo kun unikaj propraĵoj: ĝia elektra konduktivo estas same bonega kiel kupro, kaj ĝia varmokondukteco estas pli bona ol iu ajn konata materialo.Ĝi estas tre travidebla.Nur malgranda parto (2,3%) de la vertikala okazanta videbla lumo estos sorbita de grafeno, kaj la plej granda parto de la lumo trapasos.Ĝi estas tiel densa, ke eĉ heliumatomoj (la plej malgrandaj gasmolekuloj) ne povas trapasi.Tiuj magiaj trajtoj ne estas rekte hereditaj de grafito, sed de kvantuma mekaniko.Ĝiaj unikaj elektraj kaj optikaj propraĵoj determinas, ke ĝi havas larĝajn aplikajn perspektivojn.
Kvankam grafeno aperis nur de malpli ol dek jaroj, ĝi montris multajn teknikajn aplikojn, kio estas tre malofta en la kampoj de fiziko kaj materiala scienco.Daŭras pli ol dek jarojn aŭ eĉ jardekojn por ĝeneralaj materialoj moviĝi de laboratorio al reala vivo.Kio estas la uzo de 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, tuŝekranoj, sunaj paneloj kaj multaj aliaj aparatoj ne povas forlasi la ekziston de travideblaj elektrodoj.La tradicia travidebla elektrodo uzas indian stanoksidon (ITO).Pro la alta prezo kaj limigita provizo de indio, la materialo estas fragila kaj manko de fleksebleco, kaj la elektrodo devas esti deponita en la meza tavolo de vakuo, kaj la kosto estas relative alta.Delonge, sciencistoj klopodas trovi ĝian anstataŭaĵon.Krom la postuloj de travidebleco, bona kondukteco kaj facila preparado, se la fleksebleco de la materialo mem estas bona, ĝi taŭgos por fari "elektronikan paperon" aŭ aliajn faldeblajn ekranajn aparatojn.Tial, fleksebleco ankaŭ estas tre grava aspekto.Grafeno estas tia materialo, kiu estas tre taŭga por travideblaj elektrodoj.
Esploristoj de Samsung kaj Chengjunguan Universitato en Sud-Koreio akiris grafenon kun diagonala longo de 30 coloj per kemia vapordemetado kaj transdonis ĝin al 188 mikron dika polietilen tereftalato (PET) filmo por produkti grafenon bazitan tuŝekranon [4].Kiel montrite en la suba figuro, la grafeno kreskigita sur la kupra folio unue estas kunligita kun la termika nudbendo (blua travidebla parto), tiam la kupra folio estas solvita per kemia metodo, kaj finfine la grafeno estas translokigita al la PET-filmo per varmigado. .
Nova fotoelektra indukta ekipaĵo
Grafeno havas tre unikajn optikajn ecojn.Kvankam ekzistas nur unu tavolo de atomoj, ĝi povas absorbi 2.3% de la elsendita lumo en la tuta ondolongo gamo de videbla lumo ĝis infraruĝa.Ĉi tiu nombro havas nenion komunan kun aliaj materialaj parametroj de grafeno kaj estas determinita de kvantuma elektrodinamiko [6].La sorbita lumo kondukos al la generacio de portantoj (elektronoj kaj truoj).La generacio kaj transporto de portantoj en grafeno estas tre malsamaj 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 kun la ofteco de 500ghz.Se ĝi estas uzata por signal-transsendo, ĝi povas transdoni 500 miliardojn da nuloj aŭ unuj je sekundo, kaj kompletigi la dissendon de la enhavo de du Blu-radiaj diskoj en unu sekundo.
Fakuloj de IBM Thomas J. Watson Research Center en Usono uzis grafenon por produkti fotoelektrajn induktajn aparatojn, kiuj povas funkcii je 10GHz-frekvenco [8].Unue, grafenaj flokoj estis preparitaj sur silicia substrato kovrita per 300 nm dika silicoksido per "metodo de disŝirado de bendo", kaj tiam oni faris sur ĝi paladiajn orajn aŭ titanajn orajn elektrodojn kun intervalo de 1 mikrono kaj larĝo de 250 nm.Tiamaniere, grafeno bazita fotoelektra indukta aparato estas akirita.
Skema diagramo de grafena fotoelektra indukta ekipaĵo kaj skana elektrona mikroskopo (SEM) fotoj de faktaj provaĵoj.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 laborfrekvencon de 16ghz maksimume, kaj povas funkcii je alta rapideco en la ondolongo gamo de 300 nm (proksime de ultraviola) ĝis 6 mikronoj (infraruĝa), dum la tradicia fotoelektra indukta tubo ne povas respondi al infraruĝa lumo kun pli longa ondolongo.La laborfrekvenco de grafena fotoelektra indukta ekipaĵo ankoraŭ havas grandan lokon por plibonigo.Ĝia supera rendimento igas ĝin havi ampleksan gamon de aplikaj perspektivoj, inkluzive de komunikado, teleregado kaj media monitorado.
Kiel nova materialo kun unikaj propraĵoj, la esplorado pri la aplikado de grafeno aperas unu post alia.Estas malfacile por ni listigi ilin ĉi tie.En la estonteco, eble estos kampefikaj tuboj el grafeno, molekulaj ŝaltiloj el grafeno kaj molekulaj detektiloj el grafeno en la ĉiutaga vivo... Grafeno, kiu iom post iom eliras el la laboratorio, brilos en la ĉiutaga vivo.
Ni povas atendi, ke granda nombro da elektronikaj produktoj uzantaj grafenon aperos en proksima estonteco.Pensu pri kiom interese estus, se niaj saĝtelefonoj kaj retlibroj povus esti rulitaj, fiksitaj sur niaj oreloj, ŝtopitaj en niaj poŝoj aŭ ĉirkaŭvolvitaj ĉirkaŭ niaj pojnoj kiam ne estas uzataj!
Afiŝtempo: Mar-09-2022