У 2010 годзе Гейм і Новаселоў атрымалі Нобелеўскую прэмію па фізіцы за працу па графене. Гэтая ўзнагарода пакінула глыбокае ўражанне на многіх людзей. У рэшце рэшт, не кожны эксперыментальны інструмент Нобелеўскай прэміі з'яўляецца такім жа распаўсюджаным, як клейкая стужка, і не кожны аб'ект даследавання настолькі чароўны і просты ў разуменні графена "двухмернага крышталя". Праца ў 2004 годзе можа быць узнагароджаны ў 2010 годзе, што рэдка сустракаецца ў запісе Нобелеўскай прэміі ў апошнія гады.
Графен-гэта своеасаблівая рэчыва, якое складаецца з аднаго пласта атамаў вугляроду, блізка размешчанага ў двухмерную шасцігранную рашотку для сота. Як і алмаз, графіт, фулерэн, вугляродныя нанатрубкі і аморфны вуглярод, гэта рэчыва (простае рэчыва), які складаецца з элементаў вугляроду. Як паказана на малюнку ніжэй, фулерэны і вугляродныя нанатрубкі можна разглядаць як скручаныя нейкім чынам з аднаго пласта графена, які складаецца з многіх слаёў графена. The theoretical research on the use of graphene to describe the properties of various carbon simple substances (graphite, carbon nanotubes and graphene) has lasted for nearly 60 years, but it is generally believed that such two-dimensional materials are difficult to stably exist alone, толькі прымацаваны да трохмернай паверхні субстрата або ўнутры, як графіт. І толькі ў 2004 годзе Андрэ Гейм і яго студэнт Канстанцін Новаселоў пазбавілі адзіны пласт графена з графіту шляхам эксперыментаў, што даследаванне графена дасягнула новага развіцця.
Як Fullerene (злева), так і вугляродныя нанатрубак (сярэдзіна) можна разглядаць як скручаны адным пластом графена нейкім чынам, у той час як графіт (справа) складаецца з некалькіх слаёў графена праз злучэнне сілы ван дэр Ваальса.
У наш час графен можна атрымаць шмат у чым, і розныя метады маюць свае перавагі і недахопы. Geim і Novoselov атрымалі графен простым спосабам. З дапамогай празрыстай стужкі, даступнай у супермаркетах, яны пазбавілі графена, графітавага ліста з таўшчынёй толькі адзін пласт атамаў вугляроду, з кавалачка піралітычнага графіту высокага парадку. Гэта зручна, але кіравальнасць не такая добрая, і графен памерам менш за 100 мкм (адзін дзясяты міліметр) можа быць атрыманы толькі прыкладанні. Хімічнае адкладанне пары можа вырошчваць узоры графена з памерам дзясяткаў сантыметраў на металічнай паверхні. Хоць плошча з паслядоўнай арыентацыяй складае ўсяго 100 мкм [3,4], яна падыходзіць для вытворчых патрэбаў некаторых прыкладанняў. Яшчэ адзін распаўсюджаны метад - гэта нагрэў карбіду крэмнію (SIC) да больш чым 1100 ℃ у вакууме, так што атамы крэмнію каля паверхні выпараюцца, а астатнія атамы вугляроду перабудоўваюцца, што таксама можа атрымаць узоры графена з добрымі ўласцівасцямі.
Графен - гэта новы матэрыял з унікальнымі ўласцівасцямі: яго электрычная праводнасць такая ж выдатная, як і медзь, і яго цеплаправоднасць лепш, чым любы вядомы матэрыял. Гэта вельмі празрыста. Толькі невялікая частка (2,3%) вертыкальнага інцыдэнту бачнае святло будзе паглынаецца графенам, і большая частка святла пройдзе. Ён настолькі шчыльны, што нават атамы гелія (найменшыя малекулы газу) не могуць прайсці. Гэтыя магічныя ўласцівасці непасрэдна не ў спадчыну ад графіту, а з квантавай механікі. Яго унікальныя электрычныя і аптычныя ўласцівасці вызначаюць, што ён мае шырокія перспектывы прымянення.
Хоць графен з'явіўся толькі менш за дзесяць гадоў, ён паказаў шмат тэхнічных прыкладанняў, што вельмі рэдка ў галінах фізікі і матэрыяльнай навукі. Спатрэбіцца больш за дзесяць гадоў ці нават дзесяцігоддзі, каб агульныя матэрыялы перайшлі з лабараторыі ў рэальнае жыццё. У чым карысць графена? Давайце разгледзім два прыклады.
Мяккі празрысты электрод
У многіх электрычных прыборах неабходна выкарыстоўваць празрыстыя праводныя матэрыялы ў якасці электродаў. Электронныя гадзіны, калькулятары, тэлевізары, вадкія крыштальныя дысплеі, сэнсарныя экраны, сонечныя батарэі і многія іншыя прылады не могуць пакінуць існаванне празрыстых электродаў. Традыцыйны празрысты электрод выкарыстоўвае аксід волава (ITO). З -за высокай цаны і абмежаванай пастаўкі індыя, матэрыял далікатны і адсутнасць гнуткасці, і электрод павінен быць адкладзены ў сярэдні пласт вакууму, а кошт адносна высокі. Доўгі час навукоўцы спрабуюць знайсці яго замену. У дадатак да патрабаванняў празрыстасці, добрай праводнасці і простай падрыхтоўкі, калі гнуткасць самога матэрыялу будзе добрай, ён будзе падыходзіць для вырабу "электроннай паперы" ці іншых складаных прылад для дысплея. Таму гнуткасць таксама з'яўляецца вельмі важным аспектам. Графен - такі матэрыял, які вельмі падыходзіць для празрыстых электродаў.
Даследчыкі з Універсітэта Samsung і Chengjunguan у Паўднёвай Карэі атрымалі графен з дыяганальнай даўжынёй 30 цаляў пры дапамозе хімічнага пары і перанеслі яго ў поліэтыленавая тэрэфталата таўшчынёй 188 мкм (ПЭТ) для атрымання сэнсарнага экрана на аснове графена [4]. Як паказана на малюнку ніжэй, графен, які вырошчваецца на меднай фальзе, спачатку звязаны з цеплавой стужкай (сіняя празрыстая частка), тады медная фальга раствараецца хімічным метадам, і, нарэшце .
Новае фотаэлектрычнае індукцыйнае абсталяванне
Графен мае вельмі унікальныя аптычныя ўласцівасці. Хоць ёсць толькі адзін пласт атамаў, ён можа паглынаць 2,3% выпраменьванага святла ва ўсім дыяпазоне даўжыні хвалі ад бачнага святла да інфрачырвонага. Гэта лік не мае нічога агульнага з іншымі матэрыяльнымі параметрамі графена і вызначаецца квантавай электрадынамікай [6]. Паглынанае святло прывядзе да генерацыі носьбітаў (электронаў і адтулін). Выпрацоўка і транспарт носьбітаў у графене вельмі адрозніваюцца ад традыцыйных паўправаднікоў. Гэта робіць графен вельмі прыдатным для звышхуткага фотаэлектрычнага абсталявання. Падлічана, што такое фотаэлектрычнае індукцыйнае абсталяванне можа працаваць на частаце 500 ГГц. Калі ён выкарыстоўваецца для перадачы сігналу, ён можа перадаваць 500 мільярдаў нулёў або тыя ў секунду і завяршыць перадачу змесціва двух дыскаў Blu Ray за адну секунду.
Эксперты з навукова -даследчага цэнтра IBM Thomas J. Watson у ЗША выкарыстоўвалі графен для вытворчасці фотаэлектрычных індукцыйных прылад, якія могуць працаваць на частаце 10 ГГц [8]. Па -першае, графенавыя шматкі былі падрыхтаваны на крэмніевым падкладцы, пакрытым таўшчынёй 300 нм крэмніем "метадам разрыву стужкі", а затым былі зроблены залатыя паладыі з золата тытана з інтэрвалам 1 мікрон і шырынёй 250 нм. Такім чынам, атрымліваецца фотаэлектрычнае індукцыйнае прылада на аснове графена.
Схематычная схема графеннага фотаэлектрычнага індукцыйнага абсталявання і сканаванне электроннага мікраскопа (SEM) Фотаздымкі рэальных узораў. Чорная кароткая лінія на малюнку адпавядае 5 мкм, а адлегласць паміж металічнымі лініямі - адзін мікрон.
Дзякуючы эксперыментам, даследчыкі выявілі, што гэтая металічная металічная структура фотаэлектрычнай індукцыйнай структуры можа дасягнуць працоўнай частаты 16 ГГц, і можа працаваць з высокай хуткасцю ў дыяпазоне даўжыні хвалі ад 300 нм (каля ультрафіялета) да 6 мкм (інфрачырвоны), а ў інфрачырвоным рэжыме, а ў інфрачырвоным рэжыме, а ў інфрачырвоным рэжыме (інфрачырвоная), а ў інфрачырвонай частцы), а ў інфрачырвонай частцы), а ў інфрачырвонай частцы), а ў інфрачырвонай частцы), а ў інфрачырвонай частцы), а ў інфрачырвонай частцы (інфрачырвонай) Традыцыйная фотаэлектрычная індукцыйная трубка не можа рэагаваць на інфрачырвонае святло з большай даўжынёй хвалі. Працоўная частата графеннага фотаэлектрычнага абсталявання па -ранейшаму мае выдатнае месца для паляпшэння. Яго найвышэйшая прадукцыйнасць мае шырокі спектр перспектыў прыкладанняў, уключаючы сувязь, пульт дыстанцыйнага кіравання і маніторынг навакольнага асяроддзя.
Як новы матэрыял з унікальнымі ўласцівасцямі, даследаванне прымянення графена ўзнікае адзін за адным. Нам цяжка пералічыць іх тут. У далейшым могуць быць прабіркі з графена, малекулярныя выключальнікі з графена і малекулярных дэтэктараў, вырабленых з графена ў паўсядзённым жыцці ... графен, які паступова выходзіць з лабараторыі, ззяе ў паўсядзённым жыцці.
Мы можам чакаць, што ў бліжэйшы час з'явіцца вялікая колькасць электронных прадуктаў з выкарыстаннем графена. Падумайце пра тое, як было б цікава, калі б нашы смартфоны і нетбукі можна было закатаны, заціснуты на нашы вушы, набіты ў нашых кішэнях альбо абгортвацца вакол запясці, калі не выкарыстоўваецца!
Час паведамлення: сакавік 09-2022