I 2010 vant Geim og Novoselov Nobelprisen i fysikk for sitt arbeid med grafen. Denne prisen har etterlatt et dypt inntrykk på mange mennesker. Tross alt er ikke alle eksperimentelle verktøy for nobelprisen like vanlig som limtape, og ikke alle forskningsobjekter er like magisk og lett å forstå som "todimensjonal krystall" grafen. Arbeidet i 2004 kan tildeles i 2010, noe som er sjelden i rekorden for Nobelprisen de siste årene.
Grafen er et slags stoff som består av et enkelt lag med karbonatomer som er tett anordnet i et todimensjonalt honningkake sekskantet gitter. I likhet med diamant, grafitt, fulleren, karbon nanorør og amorft karbon, er det et stoff (enkelt stoff) sammensatt av karbonelementer. Som vist på figuren nedenfor, kan fullerener og karbon nanorør sees på som rullet opp på noen måte fra et enkelt lag grafen, som er stablet av mange lag med grafen. Den teoretiske forskningen på bruk av grafen for å beskrive egenskapene til forskjellige karbon-enkle stoffer (grafitt, karbon nanorør og grafen) har vart i nesten 60 år, men det antas generelt at slike todimensjonale materialer er vanskelige å stabilt eksistere alene, Bare festet til den tredimensjonale underlagsoverflaten eller inne i stoffer som grafitt. Det var først i 2004 at Andre Geim og hans student Konstantin Novoselov strippet et enkelt lag grafen fra grafitt gjennom eksperimenter at forskningen på grafen oppnådde ny utvikling.
Både fulleren (venstre) og karbon nanorør (midten) kan betraktes som å bli rullet opp av et enkelt lag grafen på noen måte, mens grafitt (til høyre) er stablet av flere lag grafen gjennom tilkoblingen til van der Waals -kraft.
I dag kan grafen oppnås på mange måter, og forskjellige metoder har sine egne fordeler og ulemper. Geim og Novoselov oppnådde grafen på en enkel måte. Ved å bruke gjennomsiktig bånd tilgjengelig i supermarkeder, strippet de grafen, et grafittark med bare ett lag karbonatomer tykt, fra et stykke høye orden pyrolytisk grafitt. Dette er praktisk, men kontrollerbarheten er ikke så god, og grafen med en størrelse på mindre enn 100 mikron (en tidel av en millimeter) kan bare oppnås, som kan brukes til eksperimenter, men det er vanskelig å brukes til praktisk applikasjoner. Kjemisk dampavsetning kan vokse grafenprøver med størrelsen på titalls centimeter på metalloverflaten. Selv om området med jevn orientering bare er 100 mikron [3,4], har det vært egnet for produksjonsbehovene til noen applikasjoner. En annen vanlig metode er å varme opp silisiumkarbid (SIC) krystall til mer enn 1100 ℃ i vakuum, slik at silisiumatomene nær overflaten fordamper, og de gjenværende karbonatomer omorganiseres, som også kan oppnå grafenprøver med gode egenskaper.
Graphene er et nytt materiale med unike egenskaper: dets elektriske ledningsevne er like utmerket som kobber, og dens termiske konduktivitet er bedre enn noe kjent materiale. Det er veldig gjennomsiktig. Bare en liten del (2,3%) av den vertikale hendelsen synlig lys vil bli absorbert av grafen, og det meste av lyset vil passere gjennom. Det er så tett at selv heliumatomer (de minste gassmolekylene) ikke kan passere gjennom. Disse magiske egenskapene er ikke direkte arvet fra grafitt, men fra kvantemekanikk. Dens unike elektriske og optiske egenskaper bestemmer at den har brede applikasjonsutsikter.
Selv om Graphene bare har dukket opp i mindre enn ti år, har det vist mange tekniske applikasjoner, noe som er veldig sjelden innen fysikk og materialvitenskap. Det tar mer enn ti år eller til og med tiår for generelle materialer å gå fra laboratorium til det virkelige liv. Hva er bruken av grafen? La oss se på to eksempler.
Myk gjennomsiktig elektrode
I mange elektriske apparater må gjennomsiktige ledende materialer brukes som elektroder. Elektroniske klokker, kalkulatorer, TV -apparater, flytende krystallskjermer, berøringsskjermer, solcellepaneler og mange andre enheter kan ikke forlate eksistensen av gjennomsiktige elektroder. Den tradisjonelle transparente elektrode bruker indium tinnoksyd (ITO). På grunn av den høye prisen og begrenset tilførsel av indium, er materialet sprøtt og manglende fleksibilitet, og elektroden må avsettes i det midtre laget av vakuum, og kostnadene er relativt høy. I lang tid har forskere prøvd å finne erstatningen. I tillegg til kravene til gjennomsiktighet, god ledningsevne og enkel forberedelse, hvis fleksibiliteten i selve materialet er god, vil det være egnet for å lage "elektronisk papir" eller andre sammenleggbare displayenheter. Derfor er fleksibilitet også et veldig viktig aspekt. Grafen er et slikt materiale, som er veldig egnet for gjennomsiktige elektroder.
Forskere fra Samsung og Chengjunguan University i Sør -Korea oppnådde grafen med en diagonal lengde på 30 tommer ved kjemisk dampavsetning og overførte den til en 188 mikron tykk polyetylen tereftalat (PET) -film for å produsere en grafenbasert berøringsskjerm [4]. Som vist på figuren nedenfor, blir grafenen dyrket på kobberfolien først bundet med det termiske strippetape (blå gjennomsiktig del), deretter blir kobberfolien oppløst ved kjemisk metode, og til slutt overføres grafen til kjæledyrfilmen ved oppvarming .
Nytt fotoelektrisk induksjonsutstyr
Grafen har veldig unike optiske egenskaper. Selv om det bare er ett lag atomer, kan det absorbere 2,3% av det utsendte lyset i hele bølgelengden fra synlig lys til infrarød. Dette tallet har ingenting å gjøre med andre materialparametere av grafen og bestemmes ved kvanteelektrodynamikk [6]. Det absorberte lyset vil føre til generering av bærere (elektroner og hull). Generering og transport av transportører i grafen er veldig forskjellig fra de i tradisjonelle halvledere. Dette gjør grafen veldig egnet for ultrahast fotoelektrisk induksjonsutstyr. Det anslås at slikt fotoelektrisk induksjonsutstyr kan fungere ved frekvensen av 500 GHz. Hvis den brukes til signaloverføring, kan den overføre 500 milliarder nuller eller en i sekundet, og fullføre overføringen av innholdet i to blu -stråleplater på ett sekund.
Eksperter fra IBM Thomas J. Watson Research Center i USA har brukt grafen for å produsere fotoelektriske induksjonsenheter som kan fungere med 10 GHz frekvens [8]. For det første ble grafenflak fremstilt på et silisiumsubstrat dekket med 300 nm tykt silika ved "tape rivingmetode", og deretter ble palladiumgull eller titangullelektroder med et intervall på 1 mikron og en bredde på 250 nm på den. På denne måten oppnås en grafenbasert fotoelektrisk induksjonsenhet.
Skjematisk diagram over grafenfotoelektrisk induksjonsutstyr og skanningselektronmikroskop (SEM) bilder av faktiske prøver. Den svarte korte linjen i figuren tilsvarer 5 mikron, og avstanden mellom metalllinjer er en mikron.
Gjennom eksperimenter fant forskerne at denne metallgrafenmetallstrukturen fotoelektrisk induksjonsenhet kan nå arbeidsfrekvensen på 16 GHz på det meste, og kan fungere med høy hastighet i bølgelengden fra 300 nm (nær ultrafiolett) til 6 mikron (infrarød), mens Det tradisjonelle fotoelektriske induksjonsrøret kan ikke svare på infrarødt lys med lengre bølgelengde. Arbeidsfrekvensen for grafenfotoelektrisk induksjonsutstyr har fortsatt stort rom for forbedring. Den overlegne ytelsen gjør at den har et bredt spekter av applikasjonsutsikter, inkludert kommunikasjon, fjernkontroll og miljøovervåking.
Som et nytt materiale med unike egenskaper dukker forskningen på anvendelsen av grafen opp etter hverandre. Det er vanskelig for oss å oppregne dem her. I fremtiden kan det være felteffektrør laget av grafen, molekylære brytere laget av grafen og molekylære detektorer laget av grafen i dagliglivet ... grafen som gradvis kommer ut av laboratoriet vil skinne i dagliglivet.
Vi kan forvente at et stort antall elektroniske produkter som bruker grafen vil vises i nær fremtid. Tenk på hvor interessant det ville være hvis smarttelefonene og netbookene våre kunne rulles opp, klemmes på ørene våre, fylt i lommene eller pakket rundt håndleddene når de ikke er i bruk!
Post Time: MAR-09-2022