2010 m. Geim ir Novoselov laimėjo Nobelio fizikos premiją už savo darbą grafene. Šis apdovanojimas daugeliui žmonių paliko gilų įspūdį. Galų gale, ne kiekvienas Nobelio prizų eksperimentinis įrankis yra toks pat dažnas kaip lipni juosta, o ne kiekvienas tyrimų objektas yra toks pat stebuklingas ir lengvai suprantamas kaip „dviejų dimensijų krištolo“ grafenas. 2004 m. Darbas gali būti apdovanotas 2010 m., O tai yra reta pastaraisiais metais Nobelio premijos įraše.
Grafenas yra savotiška medžiaga, kurią sudaro vienas anglies atomų sluoksnis, atidžiai išdėstytas į dvimatę korio šešiakampę grotelę. Kaip ir deimantas, grafitas, fullerenas, anglies nanovamzdeliai ir amorfinė anglies, tai yra medžiaga (paprasta medžiaga), sudaryta iš anglies elementų. Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, fullenai ir anglies nanovamzdeliai gali būti vertinami kaip suvynioti iš vieno grafeno sluoksnio, kurį sukelia daugybė grafeno sluoksnių. Teoriniai grafeno naudojimo tyrimai, apibūdinantys įvairių paprastų anglies (grafito, anglies nanovamzdelių ir grafeno) savybes, truko beveik 60 metų, tačiau paprastai manoma, kad tokias dvimates medžiagas sunku stabiliai egzistuoti atskirai, vien, viena tik pritvirtintas prie trijų matmenų substrato paviršiaus arba vidinių medžiagų, tokių kaip grafitas. Tik 2004 m. Andre Geim ir jo studentas Konstantinas Novoselovas pašalino vieną grafito grafito sluoksnį per eksperimentus, kad grafeno tyrimas pasiekė naują plėtrą.
Tiek Fullerene (kairėje), tiek anglies nanovamzdelis (vidurinis) gali būti laikomas suvyniotu vienu grafeno sluoksniu tam tikru būdu, o grafitas (dešinėje) sukrauna keliais grafeno sluoksniais per van der Waals jėgą.
Šiais laikais grafeną galima gauti įvairiais būdais, o skirtingi metodai turi savo pranašumų ir trūkumų. Geimas ir Novoselovas grafeną gavo paprastu būdu. Naudodamiesi skaidria juosta, prieinama prekybos centruose, iš grafeno, grafito lapo, kuriame yra tik vienas anglies atomų storio sluoksnis, iš aukštos eilės pirolitinio grafito gabalo. Tai yra patogu, tačiau kontroliuojamumas nėra toks geras, o grafenas, kurio dydis yra mažesnis kaip 100 mikronų (vieną dešimtadalį milimetro), galima tik gauti, o tai gali būti naudojama eksperimentams, tačiau jį sunku naudoti praktikai paraiškos. Cheminis garų nusėdimas gali auginti grafeno mėginius, kurių dydis yra dešimtys centimetrų metalo paviršiuje. Nors nuosekli orientacijos sritis yra tik 100 mikronų [3,4], ji buvo tinkama kai kurių programų gamybos poreikiams. Kitas dažnas būdas yra silicio karbido (SIC) kristalo kaitinimas iki daugiau nei 1100 ℃ vakuume, kad silicio atomai šalia paviršiaus išgaruos, o likę anglies atomai yra pertvarkyti, o tai taip pat gali gauti grafeno mėginius, turinčius gerų savybių.
Grafenas yra nauja medžiaga, turinti unikalias savybes: jos elektrinis laidumas yra toks pat puikus kaip varis, o jos šilumos laidumas yra geresnis nei bet kokia žinoma medžiaga. Tai labai skaidri. Tik nedidelė (2,3%) vertikalaus kritimo matomoje šviesoje grafenas sugers, o didžioji šviesos dalis praeis pro šalį. Jis yra toks tankus, kad net helio atomai (mažiausios dujų molekulės) negali praeiti. Šios magiškos savybės nėra tiesiogiai paveldimos iš grafito, o iš kvantinės mechanikos. Jo unikalios elektrinės ir optinės savybės nustato, kad ji turi plačias taikymo perspektyvas.
Nors grafenas pasirodė tik mažiau nei dešimt metų, jis parodė daug techninių programų, o tai yra labai reta fizikos ir medžiagos mokslo srityse. Bendrosios medžiagos pereiti iš laboratorijos į realų gyvenimą užtrunka daugiau nei dešimt metų ar net dešimtmečius. Koks grafeno naudojimas? Pažvelkime į du pavyzdžius.
Minkštas skaidrus elektrodas
Daugelyje elektrinių prietaisų skaidrios laidžios medžiagos turi būti naudojamos kaip elektrodai. Elektroniniai laikrodžiai, skaičiuotuvai, televizoriai, skystųjų kristalų ekranai, jutikliniai ekranai, saulės baterijos ir daugelis kitų įrenginių negali palikti skaidrių elektrodų. Tradiciniame skaidriame elektrode naudojamas indio alavo oksidas (ITO). Dėl didelės kainos ir ribotos indžio tiekimo medžiaga yra trapi, o lankstumo stoka, o elektrodą reikia nusodinti viduriniame vakuumo sluoksnyje, o kaina yra palyginti didelė. Ilgą laiką mokslininkai bandė rasti jo pakaitalą. Be skaidrumo, gero laidumo ir lengvo paruošimo reikalavimų, jei pačios medžiagos lankstumas yra geras, jis bus tinkamas gaminti „elektroninį popierių“ ar kitus sulankstomus ekrano įrenginius. Todėl lankstumas taip pat yra labai svarbus aspektas. Grafenas yra tokia medžiaga, kuri labai tinka skaidriems elektrodams.
Tyrėjai iš „Samsung“ ir Chengjunguano universiteto Pietų Korėjoje gavo grafeną, kurio įstrižainės ilgis buvo 30 colių cheminio garų nusėdimo, ir perdavė jį į 188 mikronų storio polietileno tereftalato (PET) plėvelę, kad būtų sukurta grafeno pagrindu sukurtas jutiklinis ekranas [4]. Kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje, ant vario folijos užaugintas grafenas pirmiausia yra sujungtas su šiluminės juostos juosta (mėlyna skaidri dalis), tada vario folija ištirpsta cheminiu metodu, o pagaliau grafenas perkeliamas į naminių gyvūnėlių plėvelę kaitinant kaitinant .
Nauja fotoelektrinė indukcijos įranga
Grafenas pasižymi labai unikaliomis optinėmis savybėmis. Nors yra tik vienas atomų sluoksnis, jis gali absorbuoti 2,3% skleidžiamos šviesos per visą bangos ilgio diapazoną nuo matomos šviesos iki infraraudonųjų spindulių. Šis skaičius neturi nieko bendra su kitais grafeno medžiagų parametrais ir yra nustatomas pagal kvantinę elektrodinamiką [6]. Sugerta šviesa sukels nešiklių (elektronų ir skylių) susidarymą. Vežėjų generatorių generavimas ir transportas grafene labai skiriasi nuo tradicinių puslaidininkių. Tai daro grafeną labai tinkamą itin fotoelektrinei indukcinei įrangai. Manoma, kad tokia fotoelektrinė indukcijos įranga gali veikti 500 GHz dažniu. Jei jis naudojamas signalo perdavimui, jis gali perduoti 500 milijardų nulių arba per sekundę ir užpildyti dviejų „Blu Ray“ diskų turinį per vieną sekundę.
IBM Thomas J. Watson tyrimų centro Ekspertai JAV panaudojo grafeną fotoelektrinių indukcinių prietaisų, kurie gali veikti 10 GHz dažniu, gamybai [8]. Pirmiausia, grafeno dribsniai buvo paruošti ant silicio substrato, padengto 300 nm storio siliciu, „juostos ašarojimo metodu“, o po to paladžio aukso arba titano aukso elektrodai, kurių intervalas yra 1 mikronas, ir ant jo buvo pagaminta 1 mikrono intervalas ir 250 nm plotis. Tokiu būdu gaunamas grafenu pagrįstas fotoelektrinis indukcijos įtaisas.
Grafeno fotoelektrinės indukcijos įrangos ir nuskaitymo elektronų mikroskopo (SEM) scheminė schema. Faktinių mėginių nuotraukos. Juodoji trumpa linija paveiksle atitinka 5 mikronus, o atstumas tarp metalinių linijų yra vienas mikronas.
Atlikdami eksperimentus, tyrėjai nustatė, kad šis metalo grafeno metalo struktūros fotoelektrinis indukcinis įtaisas gali pasiekti daugiausia 16 GHz darbinį dažnį ir gali veikti dideliu greičiu bangos ilgio diapazone nuo 300 nm (beveik ultravioletiniu spinduliu) iki 6 mikronų (infraraudonųjų spindulių), o infraraudonųjų spindulių), o infraraudonųjų spindulių), o infraraudonųjų spindulių), o infraraudonųjų spindulių), tuo tarpu. Tradicinis fotoelektrinis indukcinis vamzdis negali reaguoti į infraraudonųjų spindulių šviesą su ilgesniu bangos ilgiu. Grafeno fotoelektrinės indukcijos įrangos darbinis dažnis vis dar turi puikų erdvę tobulinti. Dėl geresnio jo našumo jis turi platų programų perspektyvą, įskaitant komunikaciją, nuotolinio valdymo pultą ir aplinkos stebėjimą.
Kaip nauja medžiaga, turinti unikalių savybių, grafeno taikymo tyrimai atsiranda vienas po kito. Mums čia sunku juos išvardyti. Ateityje gali būti lauko efekto vamzdeliai, pagaminti iš grafeno, molekulinių jungiklių, pagamintų iš grafeno ir molekulinių detektorių, pagamintų iš grafeno kasdieniame gyvenime ... grafenas, kuris palaipsniui išeina iš laboratorijos, spindės kasdieniame gyvenime.
Galime tikėtis, kad artimiausiu metu pasirodys daugybė elektroninių produktų, naudojančių grafeną. Pagalvokite apie tai, kaip įdomu būtų, jei mūsų išmanieji telefonai ir tinklai būtų suvynioti, užrišti ant mūsų ausų, įdaryti į kišenes ar apvynioti aplink riešus, kai nenaudojama!
Pašto laikas: 2012 m. Kovo 09 d