Noong 2010, nanalo sina Geim at Novoselov sa Nobel Prize sa Physics para sa kanilang trabaho sa Graphene. Ang award na ito ay nag -iwan ng isang malalim na impression sa maraming tao. Pagkatapos ng lahat, hindi lahat ng Nobel Prize Experimental Tool ay karaniwan sa malagkit na tape, at hindi lahat ng object ng pananaliksik ay bilang kahima-himala at madaling maunawaan bilang "two-dimensional crystal" graphene. Ang gawain noong 2004 ay maaaring iginawad noong 2010, na bihirang sa talaan ng Nobel Prize sa mga nakaraang taon.
Ang Graphene ay isang uri ng sangkap na binubuo ng isang solong layer ng mga atomo ng carbon na malapit na nakaayos sa isang dalawang-dimensional na honeycomb hexagonal lattice. Tulad ng brilyante, grapayt, fullerene, carbon nanotubes at amorphous carbon, ito ay isang sangkap (simpleng sangkap) na binubuo ng mga elemento ng carbon. Tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba, ang mga fullerenes at carbon nanotubes ay makikita bilang pinagsama sa ilang paraan mula sa isang solong layer ng graphene, na kung saan ay nakasalansan ng maraming mga layer ng graphene. Ang teoretikal na pananaliksik sa paggamit ng graphene upang ilarawan ang mga katangian ng iba't ibang mga sangkap na carbon (grapayt, carbon nanotubes at graphene) ay tumagal ng halos 60 taon, ngunit sa pangkalahatan ay pinaniniwalaan na ang mga naturang dalawang dimensional na materyales ay mahirap na stably umiiral nang nag-iisa, Nakalakip lamang sa three-dimensional na ibabaw ng substrate o sa loob ng mga sangkap tulad ng grapayt. Ito ay hindi hanggang sa 2004 na si Andre Geim at ang kanyang mag -aaral na si Konstantin Novoselov ay hinubad ang isang solong layer ng graphene mula sa grapayt sa pamamagitan ng mga eksperimento na nakamit ng pananaliksik sa graphene ang bagong pag -unlad.
Parehong fullerene (kaliwa) at carbon nanotube (gitna) ay maaaring ituring na pinagsama ng isang solong layer ng graphene sa ilang paraan, habang ang grapayt (kanan) ay nakasalansan ng maraming mga layer ng graphene sa pamamagitan ng koneksyon ng lakas ng van der Waals.
Ngayon, ang graphene ay maaaring makuha sa maraming paraan, at ang iba't ibang mga pamamaraan ay may sariling mga pakinabang at kawalan. Nakuha nina Geim at Novoselov ang graphene sa isang simpleng paraan. Gamit ang transparent tape na magagamit sa mga supermarket, hinubad nila ang graphene, isang grapayt na sheet na may isang layer lamang ng mga carbon atoms na makapal, mula sa isang piraso ng high-order na pyrolytic grapayt. Ito ay maginhawa, ngunit ang pagkontrol ay hindi napakahusay, at ang graphene na may sukat na mas mababa sa 100 microns (isang ikasampu ng isang milimetro) ay maaari lamang makuha, na maaaring magamit para sa mga eksperimento, ngunit mahirap gamitin para sa praktikal Mga Aplikasyon. Ang pag -aalis ng singaw ng kemikal ay maaaring mapalago ang mga sample ng graphene na may laki ng sampu -sampung sentimetro sa ibabaw ng metal. Bagaman ang lugar na may pare -pareho na orientation ay 100 microns lamang [3,4], angkop ito para sa mga pangangailangan ng produksyon ng ilang mga aplikasyon. Ang isa pang karaniwang pamamaraan ay ang pag -init ng silikon na karbida (sic) na kristal sa higit sa 1100 ℃ sa vacuum, upang ang mga atomo ng silikon na malapit sa ibabaw ay sumingaw, at ang natitirang mga atomo ng carbon ay muling nabuo, na maaari ring makakuha ng mga sample ng graphene na may mahusay na mga pag -aari.
Ang Graphene ay isang bagong materyal na may natatanging mga katangian: ang elektrikal na kondaktibiti nito ay kasing ganda ng tanso, at ang thermal conductivity nito ay mas mahusay kaysa sa anumang kilalang materyal. Ito ay napaka -transparent. Kaunti lamang ang bahagi (2.3%) ng vertical na insidente na nakikita na ilaw ay mahihigop ng graphene, at ang karamihan sa ilaw ay dumadaan. Napaka -siksik na kahit na ang mga helium atoms (ang pinakamaliit na molekula ng gas) ay hindi maaaring dumaan. Ang mga mahiwagang katangian na ito ay hindi direktang minana mula sa grapayt, ngunit mula sa mga mekanika ng dami. Ang natatanging mga de -koryenteng at optical na katangian ay tumutukoy na mayroon itong malawak na mga prospect ng aplikasyon.
Bagaman ang graphene ay lumitaw lamang ng mas mababa sa sampung taon, ipinakita nito ang maraming mga teknikal na aplikasyon, na napakabihirang sa larangan ng pisika at materyal na agham. Tumatagal ng higit sa sampung taon o kahit na mga dekada para sa mga pangkalahatang materyales upang lumipat mula sa laboratoryo hanggang sa totoong buhay. Ano ang paggamit ng graphene? Tingnan natin ang dalawang halimbawa.
Malambot na transparent na elektrod
Sa maraming mga de -koryenteng kasangkapan, ang mga transparent conductive na materyales ay kailangang magamit bilang mga electrodes. Ang mga elektronikong relo, calculator, telebisyon, likidong pagpapakita ng kristal, mga touch screen, solar panel at maraming iba pang mga aparato ay hindi maiiwan ang pagkakaroon ng mga transparent na electrodes. Ang tradisyonal na transparent electrode ay gumagamit ng indium tin oxide (ITO). Dahil sa mataas na presyo at limitadong supply ng indium, ang materyal ay malutong at kakulangan ng kakayahang umangkop, at ang elektrod ay kailangang ideposito sa gitnang layer ng vacuum, at ang gastos ay medyo mataas. Sa loob ng mahabang panahon, sinubukan ng mga siyentipiko na hanapin ang kapalit nito. Bilang karagdagan sa mga kinakailangan ng transparency, mahusay na kondaktibiti at madaling paghahanda, kung ang kakayahang umangkop ng materyal mismo ay mabuti, magiging angkop ito sa paggawa ng "elektronikong papel" o iba pang mga natitiklop na aparato ng pagpapakita. Samakatuwid, ang kakayahang umangkop ay isang napakahalagang aspeto. Ang graphene ay tulad ng isang materyal, na kung saan ay angkop para sa mga transparent na electrodes.
Ang mga mananaliksik mula sa Samsung at Chengjunguan University sa South Korea ay nakakuha ng graphene na may haba ng dayagonal na 30 pulgada sa pamamagitan ng pag -aalis ng singaw ng kemikal at inilipat ito sa isang 188 micron makapal na polyethylene terephthalate (PET) film upang makabuo ng isang graphene based touch screen [4]. Tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba, ang graphene na lumago sa tanso na foil ay unang nakagapos sa thermal stripping tape (asul na transparent na bahagi), kung gayon ang tanso na foil .
Bagong kagamitan sa induction ng photoelectric
Ang Graphene ay may natatanging mga katangian ng optical. Bagaman mayroon lamang isang layer ng mga atomo, maaari itong sumipsip ng 2.3% ng pinalabas na ilaw sa buong saklaw ng haba ng haba mula sa nakikitang ilaw hanggang sa infrared. Ang bilang na ito ay walang kinalaman sa iba pang mga materyal na mga parameter ng graphene at tinutukoy ng dami ng electrodynamics [6]. Ang hinihigop na ilaw ay hahantong sa henerasyon ng mga carrier (electron at butas). Ang henerasyon at transportasyon ng mga carrier sa graphene ay ibang -iba sa mga nasa tradisyonal na semiconductors. Ginagawa nitong angkop ang graphene para sa ultrafast na kagamitan sa induction ng photoelectric. Tinatayang ang naturang mga kagamitan sa induction ng photoelectric ay maaaring gumana sa dalas ng 500GHz. Kung ginagamit ito para sa paghahatid ng signal, maaari itong magpadala ng 500 bilyong zero o mga bawat segundo, at kumpletuhin ang paghahatid ng mga nilalaman ng dalawang Blu ray disc sa isang segundo.
Ang mga eksperto mula sa IBM Thomas J. Watson Research Center sa Estados Unidos ay gumagamit ng graphene upang gumawa ng mga aparato ng induction ng photoelectric na maaaring gumana sa dalas ng 10GHz [8]. Una, ang mga graphene flakes ay inihanda sa isang silikon na substrate na natatakpan ng 300 nm makapal na silica sa pamamagitan ng "tape na paraan ng pag -iwas", at pagkatapos ay palladium ginto o titanium na gintong electrodes na may agwat ng 1 micron at isang lapad na 250 nm ay ginawa dito. Sa ganitong paraan, nakuha ang isang graphene na batay sa photoelectric na aparato.
Ang diagram ng eskematiko ng graphene photoelectric induction kagamitan at pag -scan ng electron mikroskopyo (SEM) mga larawan ng aktwal na mga sample. Ang itim na maikling linya sa figure ay tumutugma sa 5 microns, at ang distansya sa pagitan ng mga linya ng metal ay isang micron.
Sa pamamagitan ng mga eksperimento, natagpuan ng mga mananaliksik na ang metal na graphene metal na istruktura ng photoelectric induction aparato ay maaaring maabot ang dalas ng pagtatrabaho ng 16GHz sa karamihan, at maaaring gumana nang mataas ang bilis sa saklaw ng haba ng haba mula sa 300 nm (malapit sa ultraviolet) hanggang 6 microns (infrared), habang Ang tradisyunal na photoelectric induction tube ay hindi maaaring tumugon sa infrared light na may mas mahabang haba ng haba. Ang dalas ng pagtatrabaho ng graphene photoelectric induction kagamitan ay mayroon pa ring mahusay na silid para sa pagpapabuti. Ang mahusay na pagganap nito ay ginagawang isang malawak na hanay ng mga prospect ng aplikasyon, kabilang ang komunikasyon, remote control at pagsubaybay sa kapaligiran.
Bilang isang bagong materyal na may natatanging mga pag -aari, ang pananaliksik sa aplikasyon ng graphene ay umuusbong sa isa't isa. Mahirap para sa atin na ma -enumerate ang mga ito dito. Sa hinaharap, maaaring may mga tubo ng epekto sa larangan na gawa sa graphene, molekular na switch na gawa sa graphene at molekular na mga detektor na gawa sa graphene sa pang -araw -araw na buhay ... graphene na unti -unting lumalabas sa laboratoryo ay lumiwanag sa pang -araw -araw na buhay.
Maaari naming asahan na ang isang malaking bilang ng mga elektronikong produkto gamit ang graphene ay lilitaw sa malapit na hinaharap. Pag -isipan kung gaano kagiliw -giliw na kung ang aming mga smartphone at netbook ay maaaring igulong, mai -clamp sa aming mga tainga, pinalamanan sa aming mga bulsa, o nakabalot sa aming mga pulso kapag hindi ginagamit!
Oras ng Mag-post: Mar-09-2022