Во 2010 година, Геим и Новоселов ја освоија Нобеловата награда за физика за нивната работа на графен. Оваа награда остави длабок впечаток на многу луѓе. На крајот на краиштата, не секоја експериментална алатка Нобелова награда е вообичаена како лепило, а не секој истражувачки предмет е толку магичен и лесен за разбирање како „дводимензионален кристал“ графен. Работата во 2004 година може да се додели во 2010 година, што е ретко во рекордот на Нобелова награда во последните години.
Графен е еден вид супстанција која се состои од еден слој на јаглеродни атоми тесно распоредени во дводимензионална шестоаголна решетка. Како дијамант, графит, фулерен, јаглеродни наноцевки и аморфен јаглерод, тоа е супстанција (едноставна супстанција) составена од јаглеродни елементи. Како што е прикажано на сликата подолу, Фулерените и јаглеродните наноцевки можат да се видат како валани на некој начин од еден слој на графен, кој е нареден од многу слоеви на графен. Теоретското истражување за употреба на графен за да се опишат својствата на различни јаглеродни едноставни материи (графит, јаглеродни наноцевки и графен) трае скоро 60 години, но генерално се верува дека ваквите дводимензионални материјали тешко се стабилно да постојат сами, само прикачена на тродимензионалната површина на подлогата или во внатрешните супстанции како графит. Не беше до 2004 година, Андре Гим и неговиот студент Константин Новоселов одзедоа еден слој на графин од графит преку експерименти дека истражувањето за графен постигнало нов развој.
И Фулерен (лево) и јаглерод наноцев (средна) може да се сметаат како навивани со еден слој на графен на некој начин, додека графитот (десно) е наредено со повеќе слоеви на графен преку поврзување на ван дер Валс сила.
Денес, графен може да се добие на многу начини, а различни методи имаат свои предности и недостатоци. Геим и Новоселов добија графен на едноставен начин. Користејќи транспарентна лента достапна во супермаркетите, тие го соблекоа графинот, графитниот лист со дебели само еден слој на јаглеродни атоми, од парче пиролитички графит со висок ред. Ова е погодно, но контролата не е толку добра, а графен со големина помал од 100 микрони (една десетина од милиметар) може да се добие само, што може да се користи за експерименти, но тешко е да се користи за практично апликации. Депонирање на хемиска пареа може да порасне примероци од графен со големина на десетици сантиметри на металната површина. Иако областа со конзистентна ориентација е само 100 микрони [3,4], таа е погодна за производните потреби на некои апликации. Друг вообичаен метод е да се загрее силиконскиот карбид (Sic) кристал на повеќе од 1100 ℃ во вакуум, така што силиконските атоми во близина на површината испаруваат, а преостанатите атоми на јаглерод се преуредуваат, што исто така може да добие примероци од графин со добри својства.
Графен е нов материјал со уникатни својства: неговата електрична спроводливост е одлична како и бакарот, а неговата термичка спроводливост е подобра од кој било познат материјал. Тој е многу транспарентен. Само мал дел (2,3%) од вертикалниот инцидент видлива светлина ќе се апсорбира со графен, а поголемиот дел од светлината ќе помине. Тоа е толку густо што дури и атомите на хелиум (најмалите молекули на гас) не можат да поминат. Овие магични својства не се директно наследени од графит, туку од квантна механика. Неговите уникатни електрични и оптички својства утврдуваат дека има широки изгледи за апликација.
Иако графен се појави само помалку од десет години, тој покажа многу технички апликации, 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 преселат од лабораторија во реален живот. Која е употребата на графен? Ајде да погледнеме во два примери.
Мека транспарентна електрода
Во многу електрични уреди, транспарентни спроводливи материјали треба да се користат како електроди. Електронските часовници, калкулаторите, телевизорите, течните кристални дисплеи, екраните на допир, соларните панели и многу други уреди не можат да го остават постоењето на транспарентни електроди. Традиционалната транспарентна електрода користи индиум калај оксид (ITO). Поради високата цена и ограниченото снабдување со 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 ја најдат својата замена. Покрај барањата за транспарентност, добра спроводливост и лесна подготовка, доколку флексибилноста на самиот материјал е добра, таа ќе биде погодна за правење „електронска хартија“ или други уреди за прикажување на прикажување. Затоа, флексибилноста е исто така многу важен аспект. Графен е таков материјал, кој е многу погоден за транспарентни електроди.
Истражувачите од универзитетот „Самсунг и Ченгјунгуан“ во Јужна Кореја добиле графен со дијагонална должина од 30 инчи со таложење на хемиска пареа и го пренеле на филм со полиетилен терефталат (ПЕТ) дебел микрон, за производство на екран на допир базиран на графен [4]. Како што е прикажано на сликата подолу, графен одгледуван на бакарна фолија е прво врзана со лентата за термичко соблекување (сина транспарентна дел), тогаш бакарна фолија се раствора со хемиски метод, и конечно графинот се пренесува во филмот за миленичиња со греење .
Нова опрема за фотоелектрична индукција
Графен има многу уникатни оптички својства. Иако има само еден слој на атоми, тој може да апсорбира 2,3% од испуштената светлина во целата бранова должина се движи од видлива светлина до инфрацрвена. Овој број нема никаква врска со другите материјални параметри на графен и е одреден со квантната електродинамика [6]. Апсорбираната светлина ќе доведе до генерирање на превозници (електрони и дупки). Генерацијата и транспортот на носители на графен се многу различни од оние во традиционалните полупроводници. Ова го прави графен многу погоден за ултрафаст фотоелектрична индукција опрема. Се проценува дека таквата фотоелектрична индукција опрема може да работи на фреквенција од 500GHz. Ако се користи за пренос на сигнал, може да пренесе 500 милијарди нули или оние во секунда, и да го заврши преносот на содржината на два дискови на Blu Ray во една секунда.
Експертите од ИБМ Томас Ј. Вотсон Центар за истражување во Соединетите Држави користеле графен за производство на фотоелектрични уреди за индукција кои можат да работат на фреквенција од 10GHz [8]. Прво, снегулките од графен беа подготвени на силиконска подлога покриена со силика дебелина од 300 nm со „метод на кинење со лента“, а потоа и паладиум злато или титаниум златни електроди со интервал од 1 микрон и ширина од 250 nm беа направени на неа. На овој начин, се добива фотоелектричен уред за графен базиран на фотоелектричен индукција.
Шематски дијаграм на графен фотоелектрична индукција опрема и скенирање на електронски микроскоп (SEM) фотографии од вистински примероци. Црната кратка линија на сликата одговара на 5 микрони, а растојанието помеѓу металните линии е еден микрон.
Through experiments, the researchers found that this metal graphene metal structure photoelectric induction device can reach the working frequency of 16ghz at most, and can work at high speed in the wavelength range from 300 nm (near ultraviolet) to 6 microns (infrared), while Традиционалната фотоелектрична индукциска цевка не може да одговори на инфрацрвена светлина со подолга бранова должина. Работната фреквенција на графен фотоелектрична индукција опрема сè уште има одлична просторија за подобрување. Неговите супериорни перформанси го прават да има широк спектар на изгледи за апликација, вклучувајќи комуникација, далечински управувач и мониторинг на животната средина.
Како нов материјал со уникатни својства, истражувањето за примена на графен се појавува еден по друг. За нас е тешко да ги наброиме овде. Во иднина, може да има цевки за ефекти на полето изработени од графен, молекуларни прекинувачи изработени од графен и молекуларни детектори изработени од графен во секојдневниот живот… графен што постепено излегува од лабораторијата ќе блесне во секојдневниот живот.
Можеме да очекуваме дека во блиска иднина ќе се појават голем број електронски производи со употреба на графен. Размислете колку би било интересно ако нашите паметни телефони и мрежни книги би можеле да се пренесат, стегнати на ушите, полнети во џебовите или да се завиткаат околу зглобовите кога не се во употреба!
Време на објавување: март-09-2022