An 2010, Geim ak Novoselov te genyen Pri Nobèl nan Fizik pou travay yo sou grafèn.Prim sa a te kite yon gwo enpresyon sou anpil moun.Apre yo tout, se pa tout zouti eksperimantal Pri Nobèl ki komen tankou tep adezif, epi se pa tout objè rechèch ki majik ak fasil pou konprann tankou "kristal ki genyen de dimansyon" grafèn.Travay la nan 2004 ka akòde nan 2010, ki se ra nan dosye a nan Pri Nobèl nan dènye ane yo.
Grafèn se yon kalite sibstans ki konsiste de yon sèl kouch atòm kabòn byen ranje nan yon lasi egzagonal siwo myèl ki genyen de dimansyon.Tankou dyaman, grafit, fullerene, nanotub kabòn ak kabòn amorphe, li se yon sibstans (substans senp) ki konpoze de eleman kabòn.Jan yo montre nan figi ki anba a, fullerenes ak nanotub kabòn ka wè kòm woule nan yon fason ki soti nan yon sèl kouch grafèn, ki anpile pa anpil kouch grafèn.Rechèch teyorik sou itilizasyon grafèn pou dekri pwopriyete divès kalite sibstans kabòn senp (grafit, nanotub kabòn ak grafèn) te dire pou prèske 60 ane, men li jeneralman kwè ke materyèl sa yo ki genyen de dimansyon yo difisil pou egziste estab pou kont li, sèlman tache ak sifas substra ki genyen twa dimansyon oswa andedan sibstans tankou grafit.Li pa t 'jouk 2004 ke Andre Geim ak elèv li Konstantin Novoselov dezabiye yon sèl kouch grafèn nan grafit atravè eksperyans ke rechèch la sou grafèn reyalize nouvo devlopman.
Tou de fullerene (gòch) ak nanotub kabòn (mitwayen) ka konsidere kòm ke yo te woule pa yon kouch sèl nan grafèn nan kèk fason, pandan y ap grafit (adwat) anpile pa kouch miltip nan grafèn atravè koneksyon an nan fòs van der Waals.
Sèjousi, grafèn ka jwenn nan plizyè fason, ak diferan metòd gen pwòp avantaj ak dezavantaj yo.Geim ak Novoselov te jwenn grafèn nan yon fason ki senp.Lè l sèvi avèk tep transparan ki disponib nan makèt, yo retire grafèn, yon fèy grafit ki gen yon sèl kouch atòm kabòn epè, ki soti nan yon moso nan grafit pirolitik segondè.Sa a se pratik, men kontwòl la pa tèlman bon, ak grafèn ak yon gwosè ki mwens pase 100 mikron (yon dizyèm nan yon milimèt) ka sèlman jwenn, ki ka itilize pou eksperyans, men li difisil yo dwe itilize pou pratik. aplikasyon yo.Depozisyon vapè chimik ka grandi echantiyon grafèn ak gwosè a nan plizyè dizèn santimèt sou sifas metal la.Malgre ke zòn nan ak oryantasyon ki konsistan se sèlman 100 mikron [3,4], li te apwopriye pou bezwen pwodiksyon kèk aplikasyon.Yon lòt metòd komen se chofe kristal carbure Silisyòm (SIC) a plis pase 1100 ℃ nan vakyòm, pou atòm Silisyòm yo toupre sifas la evapore, ak atòm kabòn ki rete yo reyranje, sa ki ka jwenn echantiyon grafèn ak bon pwopriyete.
Grafèn se yon nouvo materyèl ki gen pwopriyete inik: konduktiviti elektrik li yo ekselan tankou kòb kwiv mete, ak konduktiviti tèmik li yo pi bon pase nenpòt materyèl li te ye.Li trè transparan.Se sèlman yon ti pati (2.3%) nan limyè vètikal ensidan an vizib pral absòbe grafèn, ak pi fò nan limyè a pral pase nan.Li tèlman dans ke menm atòm elyòm (molekil gaz ki pi piti yo) pa ka pase.Pwopriyete majik sa yo pa eritye dirèkteman nan grafit, men nan mekanik pwopòsyon.Pwopriyete inik elektrik ak optik li yo detèmine ke li gen kandida aplikasyon laj.
Malgre ke grafèn te parèt sèlman pou mwens pase dis ane, li te montre anpil aplikasyon teknik, ki ra anpil nan domèn fizik ak syans materyèl.Li pran plis pase dis ane oswa menm deseni pou materyèl jeneral yo deplase soti nan laboratwa nan lavi reyèl.Ki sa ki sèvi ak grafèn?Ann gade de egzanp.
Lektwòd mou transparan
Nan anpil aparèy elektrik, materyèl kondiktif transparan bezwen itilize kòm elektwòd.Mont elektwonik, kalkilatris, televizyon, ekspozisyon kristal likid, ekran manyen, panno solè ak anpil lòt aparèy pa ka kite egzistans elektwòd transparan.Elektwòd transparan tradisyonèl la sèvi ak oksid fèblan Endyòm (ITO).Akòz pri a wo ak rezèv limite nan Endyòm, materyèl la se frajil ak mank de fleksibilite, ak elektwòd la bezwen yo dwe depoze nan kouch nan mitan nan vakyòm, ak pri a se relativman wo.Pou yon tan long, syantis yo te ap eseye jwenn ranplasan li yo.Anplis de egzijans transparans, bon konduktiviti ak preparasyon fasil, si fleksibilite nan materyèl nan tèt li bon, li pral apwopriye pou fè "papye elektwonik" oswa lòt aparèy ekspozisyon pliable.Se poutèt sa, fleksibilite se tou yon aspè trè enpòtan.Grafèn se tankou yon materyèl, ki trè apwopriye pou elektwòd transparan.
Chèchè ki soti nan Samsung ak Chengjunguan University nan Kore di Sid te jwenn grafèn ak yon longè dyagonal 30 pous pa depo vapè chimik epi yo te transfere li nan yon fim 188 mikron epesè polyethylene terephthalate (PET) pou pwodwi yon ekran tactile ki baze sou grafèn [4].Jan yo montre nan figi ki anba a, grafèn ki grandi sou papye kòb kwiv mete an premye kole ak kasèt tèmik nidite (pati ble transparan), Lè sa a, papye kwiv la fonn pa metòd chimik, epi finalman grafèn nan transfere nan fim PET pa chofaj. .
Nouvo ekipman endiksyon fotoelektrik
Grafèn gen pwopriyete optik trè inik.Malgre ke gen yon sèl kouch atòm, li ka absòbe 2.3% nan limyè a emèt nan ranje a longèdonn antye soti nan limyè vizib nan enfrawouj.Nimewo sa a pa gen anyen fè ak lòt paramèt materyèl nan grafèn epi li detèmine pa elektwodinamik pwopòsyon [6].Limyè absòbe a ap mennen nan jenerasyon transpòtè (elektron ak twou).Jenerasyon ak transpò transpòtè nan grafèn yo trè diferan de sa yo ki nan semi-conducteurs tradisyonèl yo.Sa fè grafèn trè apwopriye pou ekipman endiksyon fotoelektrik ultrarapid.Yo estime ke ekipman endiksyon fotoelektrik sa yo ka travay nan frekans 500ghz.Si yo itilize li pou transmisyon siyal, li ka transmèt 500 milya dola zewo oswa youn pou chak segonn, epi konplete transmisyon sa ki nan de disk Blu ray nan yon segonn.
Ekspè nan IBM Thomas J. Watson Research Center nan Etazini yo te itilize grafèn pou fabrike aparèy endiksyon fotoelektrik ki ka travay nan frekans 10GHz [8].Premyèman, flak grafèn yo te prepare sou yon substra Silisyòm kouvri ak 300 nm epè silica pa "metòd chire tep", ak Lè sa a, paladyòm lò oswa Titàn elektwòd lò ak yon entèval nan 1 mikron ak yon lajè 250 nm yo te fè sou li.Nan fason sa a, yo jwenn yon aparèy endiksyon fotoelektrik ki baze sou grafèn.
Dyagram chema ekipman endiksyon fotoelektrik grafèn ak foto mikwoskòp elektwon (SEM) nan echantiyon aktyèl yo.Liy kout nwa a nan figi a koresponn ak 5 mikron, ak distans ki genyen ant liy metal yo se yon mikron.
Atravè eksperyans, chèchè yo te jwenn ke sa a metal grafèn metal estrikti aparèy endiksyon foto-elektrik ka rive nan frekans nan k ap travay nan 16ghz nan pi plis, epi yo ka travay nan gwo vitès nan seri a longèdonn soti nan 300 nm (tou pre iltravyolèt) a 6 mikron (enfrawouj), pandan y ap. tradisyonèl tib endiksyon foto-elektrik la pa ka reponn a limyè enfrawouj ak longèdonn ki pi long.Frekans k ap travay nan ekipman endiksyon fotoelektrik grafèn toujou gen gwo plas pou amelyorasyon.Pèfòmans siperyè li fè li gen yon pakèt aplikasyon kandida, ki gen ladan kominikasyon, kontwòl remote ak siveyans anviwònman an.
Kòm yon nouvo materyèl ak pwopriyete inik, rechèch la sou aplikasyon an nan grafèn ap émergentes youn apre lòt.Li difisil pou nou enumere yo isit la.Nan lavni, ka gen tib efè jaden ki fèt ak grafèn, switch molekilè ki fèt ak grafèn ak detektè molekilè ki fèt ak grafèn nan lavi chak jou... Grafèn ki piti piti soti nan laboratwa a pral klere nan lavi chak jou.
Nou ka espere ke yon gwo kantite pwodwi elektwonik ki itilize grafèn ap parèt nan fiti prè.Reflechi sou ki jan li ta enteresan si smartphones ak netbook nou yo ta ka woule, kole sou zòrèy nou, boure nan pòch nou, oswa vlope nan ponyèt nou lè yo pa itilize!
Lè poste: Mar-09-2022