Во 2010 година, Геим и Новоселов ја добија Нобеловата награда за физика за нивната работа на графен.Оваа награда остави длабок впечаток кај многу луѓе.На крајот на краиштата, не секоја експериментална алатка на Нобеловата награда е толку вообичаена како леплива лента, и не секој предмет на истражување е толку магичен и лесен за разбирање како „дводимензионалниот кристал“ графен.Делото во 2004 година може да биде доделено во 2010 година, што е ретко во рекордот на Нобеловата награда во последните години.
Графенот е еден вид супстанција која се состои од еден слој на јаглеродни атоми тесно наредени во дводимензионална хексагонална решетка од саќе.Како дијамант, графит, фулерен, јаглеродни наноцевки и аморфен јаглерод, тој е супстанца (проста супстанција) составена од јаглеродни елементи.Како што е прикажано на сликата подолу, фулерените и јаглеродните наноцевки може да се видат како на некој начин навиени од еден слој графен, кој е нареден со многу слоеви графен.Теоретското истражување за употребата на графен за опишување на својствата на различни јаглеродни едноставни супстанции (графит, јаглеродни наноцевки и графен) трае скоро 60 години, но општо се верува дека таквите дводимензионални материјали тешко можат стабилно да постојат сами. само прикачени на тродимензионалната површина на подлогата или внатре во супстанции како графит.Дури во 2004 година, Андре Гејм и неговиот ученик Константин Новоселов со експерименти собраа еден слој графен од графит, а истражувањето на графен постигна нов развој.
И фулеренот (лево) и јаглеродната наноцевка (средина) може да се сметаат дека се навиваат со еден слој графен на некој начин, додека графитот (десно) е натрупан со повеќе слоеви графен преку поврзување на силата на ван дер Валс.
Во денешно време графенот може да се добие на многу начини, а различните методи имаат свои предности и недостатоци.Геим и Новоселов го добиле графенот на едноставен начин.Користејќи проѕирна лента достапна во супермаркетите, тие го извадија графенот, графитниот лист со дебел само еден слој јаглеродни атоми, од парче пиролитички графит од висок ред.Ова е погодно, но контролата не е толку добра, а графен со големина помала од 100 микрони (една десетина од милиметар) може да се добие само, кој може да се користи за експерименти, но тешко е да се користи за практични апликации.Хемиското таложење на пареа може да расте примероци од графен со големина од десетици сантиметри на металната површина.Иако областа со конзистентна ориентација е само 100 микрони [3,4], таа е погодна за производствените потреби на некои апликации.Друг вообичаен метод е да се загрее кристалот на силициум карбид (SIC) на повеќе од 1100 ℃ во вакуум, така што атомите на силициум во близина на површината испаруваат, а преостанатите јаглеродни атоми се преуредуваат, со што може да се добијат и примероци од графен со добри својства.
Графенот е нов материјал со уникатни својства: неговата електрична спроводливост е одлична како бакар, а неговата топлинска спроводливост е подобра од кој било познат материјал.Тоа е многу транспарентно.Само мал дел (2,3%) од вертикалната упадна видлива светлина ќе биде апсорбирана од графенот, а поголемиот дел од светлината ќе помине низ.Тој е толку густ што дури и атомите на хелиум (најмалите молекули на гас) не можат да поминат низ него.Овие магични својства не се директно наследени од графитот, туку од квантната механика.Неговите уникатни електрични и оптички својства одредуваат дека има широки можности за примена.
Иако графенот се појавил само помалку од десет години, тој покажал многу технички примени, што е многу ретко во областа на физиката и материјалната наука.Потребни се повеќе од десет години, па дури и децении за општите материјали да се префрлат од лабораторија во реален живот.Која е употребата на графен?Ајде да погледнеме два примери.
Мека транспарентна електрода
Во многу електрични апарати, како електроди треба да се користат проѕирни спроводливи материјали.Електронските часовници, калкулаторите, телевизорите, дисплеите со течни кристали, екраните на допир, соларните панели и многу други уреди не можат да го напуштат постоењето на проѕирни електроди.Традиционалната транспарентна електрода користи индиум кал оксид (ITO).Поради високата цена и ограничената понуда на индиум, материјалот е кршлив и недостаток на флексибилност, а електродата треба да се депонира во средниот слој на вакуум, а цената е релативно висока.Долго време, научниците се обидуваат да најдат негова замена.Покрај барањата за транспарентност, добра спроводливост и лесна подготовка, доколку флексибилноста на самиот материјал е добра, тој ќе биде погоден за правење „електронска хартија“ или други уреди за прикажување на преклопување.Затоа, флексибилноста е исто така многу важен аспект.Графенот е таков материјал, кој е многу погоден за проѕирни електроди.
Истражувачите од Самсунг и Универзитетот Ченџунгуан во Јужна Кореја дојдоа до графен со дијагонала од 30 инчи со хемиско таложење на пареа и го пренесоа на полиетилен терефталат (ПЕТ) со дебелина од 188 микрони за да произведат екран на допир базиран на графен [4].Како што е прикажано на сликата подолу, графенот израснат на бакарната фолија прво се врзува со термичката лента за соголување (син проѕирен дел), потоа бакарната фолија се раствора со хемиски метод и на крајот графенот се пренесува во ПЕТ филмот со загревање. .
Нова фотоелектрична индукциона опрема
Графенот има многу уникатни оптички својства.Иако има само еден слој атоми, тој може да апсорбира 2,3% од емитирана светлина во целиот опсег на бранова должина од видлива светлина до инфрацрвена светлина.Овој број нема никаква врска со другите материјални параметри на графенот и се одредува со квантна електродинамика [6].Апсорбираната светлина ќе доведе до создавање на носители (електрони и дупки).Генерирањето и транспортот на носители во графен се многу различни од оние во традиционалните полупроводници.Ова го прави графенот многу погоден за опрема за ултрабрза фотоелектрична индукција.Се проценува дека таквата фотоелектрична индукциона опрема може да работи на фреквенција од 500 GHz.Ако се користи за пренос на сигнал, може да пренесе 500 милијарди нули или единици во секунда и да го заврши преносот на содржината на два Blu-ray дискови за една секунда.
Експертите од истражувачкиот центар IBM Томас Џ. Вотсон во Соединетите Држави користеле графен за производство на фотоелектрични индукциски уреди кои можат да работат на фреквенција од 10 GHz [8].Најпрво, на силициумска подлога покриена со силициум диоксид со дебелина од 300 nm се подготвуваа графенски снегулки со „метод на кинење на лента“, а потоа на неа беа изработени електроди од паладиум злато или титаниум злато со интервал од 1 микрон и ширина од 250 nm.На овој начин се добива фотоелектричен индукциски уред базиран на графен.
Шематски дијаграм на опрема за фотоелектрична индукција на графен и фотографии за скенирање на електронски микроскоп (SEM) на вистински примероци.Црната кратка линија на сликата одговара на 5 микрони, а растојанието помеѓу металните линии е еден микрон.
Преку експерименти, истражувачите открија дека овој уред за фотоелектрична индукција на метална структура од метал графен може да достигне работна фреквенција од најмногу 16 GHz и може да работи со голема брзина во опсегот на бранова должина од 300 nm (близу ултравиолетови) до 6 микрони (инфрацрвена), додека традиционалната фотоелектрична индукциона цевка не може да реагира на инфрацрвена светлина со подолга бранова должина.Работната фреквенција на опремата за фотоелектрична индукција на графен сè уште има голем простор за подобрување.Неговите супериорни перформанси го прават да има широк опсег на можности за примена, вклучувајќи комуникација, далечински управувач и следење на животната средина.
Како нов материјал со уникатни својства, истражувањето за примена на графен се појавува едно по друго.Тешко ни е да ги наброиме овде.Во иднина може да има цевки со ефект на поле направени од графен, молекуларни прекинувачи од графен и молекуларни детектори направени од графен во секојдневниот живот... Графенот кој постепено излегува од лабораторијата ќе блесне во секојдневниот живот.
Можеме да очекуваме дека во блиска иднина ќе се појават голем број електронски производи кои користат графен.Размислете колку би било интересно кога нашите паметни телефони и нетбуки би можеле да се навиваат, да се прицврстат на нашите уши, да се напикаат во нашите џебови или да се завиткаат околу нашите зглобови кога не ги користиме!
Време на објавување: Мар-09-2022 година