2010 жылы Гейм және Новоселов физика бойынша Нобель сыйлығын графенмен жұмыс істеуге жеңіп алды. Бұл марапат көптеген адамдарда терең әсер қалдырды. Өйткені, Нобель сыйлығының әр сыйлығының әрбір тәжірибелік құралы жабысқақ таспа сияқты емес, сондықтан барлық зерттеу объектісі бірдей емес және «екі өлшемді кристалды» графен сияқты сиқырлы және оңай түсінбеуі мүмкін. 2004 жылғы жұмыс 2010 жылы берілуі мүмкін, ол соңғы жылдары Нобель сыйлығының рекордында сирек кездеседі.
Графен - бұл екі өлшемді балкомды торға ұқсас көміртек атомдарының бір қабатынан тұратын зат. Алмаз, графит, графит, толық, көміртекті нанотүтікшелер және аморфты көміртегі, ол көміртегі элементтерінен тұрады (қарапайым зат). Төмендегі суретте көрсетілгендей, толыққанды және көміртекті нанотүтікшелерді графеннің көптеген қабаттарынан біржола етіп, графеннің бір қабатынан біржолғы етіп көруге болады. Графенді пайдалану бойынша теориялық зерттеулер (графит, көміртек, графен және графен) 60 жылға жуық уақытқа созылды, бірақ әдетте мұндай екі өлшемді материалдар жалғыз болуы қиын деп санайды, Тек үш өлшемді субстратқа немесе графит тәрізді заттарға ғана тіркелген. 2004 жылға дейін Андре Гейм және оның студенті Константин Новоселов графиттен графиттен графиттен графиттен жасалған графиттің бір қабатын алмастырды, бұл графендегі зерттеулер жаңа дамуға қол жеткізді.
Fullerene (сол жақта) және көміртекті нанотобе (ортаңғы) графеннің бір қабатымен, графит (оң жақта) графит (оң жақта) графит графеннің бірнеше қабаттарымен ван графтің бірнеше қабаттарымен, графеннің бірнеше қабаттарымен графеннің бірнеше қабаттарымен (оң жақта) графеннің бірнеше қабаттарымен жиналады.
Қазіргі уақытта графенді көптеген жолдармен алуға болады, ал әртүрлі әдістердің өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Гейм және Новоселов графенді қарапайым түрде алды. Супермаркеттерде қол жетімді мөлдір лентаны пайдалану, олар графенді, графитті, графит парағын, қалың көк көмір атомдарының тек бір қабаты бар, жоғары ретті пиролитикалық графиттен өткізді. Бұл ыңғайлы, бірақ бақылау мүмкіндігі онша жақсы емес, ал графені 100 мкм-тан аз (миллиметрдің оннан бір бөлігі) алуға болады, оны тек тәжірибелер үшін қолдануға болады, бірақ оны практикалық қолдану қиын Өтініштер. Химиялық будың тұнбасы металл бетіне ондаған сантиметрдің мөлшері бойынша графен үлгілерін өсіруі мүмкін. Тұрақты бағдарланған ауданға тек 100 микрон ғана болса да, ол кейбір қосымшалардың өндірістік қажеттіліктеріне сәйкес келді. Тағы бір ортақ әдіс - кремсон карбидін (SIC) вакуумда 1100 ℃-ге дейін, сондықтан кремний бетінің жанындағы кремниймен буланып, қалған көміртек атомдары қайта өңделеді, бұл сонымен қатар графен үлгілерін жақсы қасиеттерімен алуға болады.
Графен - бұл ерекше қасиеттері бар жаңа материал: оның электр өткізгіштігі мыс сияқты өте жақсы, ал оның жылу өткізгіштігі кез-келген белгілі материалға қарағанда жақсы. Бұл өте мөлдір. V графенмен тік оқиғаның аз ғана бөлігі (2,3%) графенмен сіңеді, ал көбік өтеді. Тіпті гелий атомдары (ең кішкентай газ молекулалары) өтпейді. Бұл сиқырлы қасиеттер графиттен, бірақ кванттық механикадан тікелей мұраланбайды. Оның ерекше электрлік және оптикалық қасиеттері оның кең қолданылу перспективалары бар екенін анықтайды.
Графен он жылдан аз уақыт ішінде пайда болғанымен, ол көптеген техникалық қосымшаларды көрсетті, бұл физика және материалтану салаларында сирек кездеседі. Зертханадан нақты өмірге көшу үшін ондаған жылдардан астам немесе тіпті ондаған жылдар бойы қажет. Графеннің пайдасы қандай? Екі мысалды қарастырайық.
Жұмсақ мөлдір электрод
Көптеген электр құрылғыларында мөлдір өткізгіш материалдар электродтар ретінде пайдалану керек. Электронды сағаттар, калькуляторлар, теледидарлар, сұйық кристалл дисплейлері, сенсорлық экрандар, күн панельдері және басқа да көптеген құрылғылар мөлдір электродтардың болуы мүмкін емес. Дәстүрлі мөлдір электрод индий қалайы оксидін (ITO) пайдаланады. Индийдің жоғары бағасы мен шектеулі болуына байланысты материал сынғыш және икемділіктің болмауына байланысты, ал электродты вакуумның ортаңғы қабатына сақтау керек, ал шығындар салыстырмалы түрде жоғары. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар оның орнын басуға тырысты. Ашықтық, жақсы өткізгіштік және оңай дайындық талаптарына қосымша, егер материалдың икемділігі жақсы болса, ол «электрондық қағаз» немесе басқа жиналмалы дисплейлер жасауға жарамды. Сондықтан икемділік өте маңызды аспект болып табылады. Графен - бұл мөлдір электродтарға өте қолайлы материал.
Оңтүстік Кореядағы Samsung және Ченджунгуан университетінің зерттеушілері графендік ұзындығы 30 дюймдік графен алды және графенге негізделген сенсорлық экранды 188 микроның қалың полиэтилен (үй жануарлары) фильміне берді [4]. Төмендегі суретте көрсетілгендей, мыс фольгада өсірілген графен термиялық жолмен (көк мөлдір бөлік), содан кейін мыс фольгамен химиялық әдіспен бөлінеді, ал мысалдың графені қыздыру арқылы үй жануарларының пленкасына аударылады .
Жаңа фотоэлектрлік индукциялық жабдық
Графеннің ерекше оптикалық қасиеттері бар. Атомдардың бір қабаты бар болғанымен, ол көрінетін жарықтан инфрақызылдардан жасалған толқын ұзындығы диапазонында шығарылған жарықтың 2,3% -ын сіңіре алады. Бұл санда графеннің басқа материалдық параметрлеріне ешқандай қатысы жоқ және кванттық электродинамикамен анықталады [6]. Сіңірілген жарық тасымалдаушылардың ұрпақтарына (электрондар мен тесіктер) әкеледі. Графендегі тасымалдаушыларды ұрпақ және тасымалдау дәстүрлі жартылай өткізгіштерден өте ерекшеленеді. Бұл графенді ультрафасттың фотоэлектрлік индукциялық жабдығы үшін өте қолайлы етеді. Мұндай фотоэлектрлік индукциялық жабдық 500 ГГц жиілігінде жұмыс істей алады деп есептеледі. Егер ол сигнал беру үшін пайдаланылса, ол секундына 500 миллиард нөлден немесе секундына жіберіліп, екі Blu Ray дискілерінің мазмұнын бір секунд ішінде жібере алады.
Америка Құрама Штаттарындағы IBM Thomas JiN WATSON ғылыми-зерттеу орталығының мамандары графенді қолданған, ол 10 ГГц-жиілікте жұмыс істей алатын фотоэлектрлік индукциялық құрылғыларды өндірді. Біріншіден, графендік қабыршақтар 300 нм кремсикамен жабылған кремний субстратында дайындалды, содан кейін оған 1 мкм және ені 250 нм бар палладий алтын немесе титан алтын электродтары дайындалды. Осылайша, графенге негізделген фотоэлектрлік индукциялық құрылғы алынды.
Графеннің схемалық диаграммасы Фотоэлектрлік индукциялық жабдық және электронды микроскопты сканерлеу (SEM) Нақты үлгілердің суреттері. Суреттегі қара қысқа сызық 5 микронға сәйкес келеді, ал металл сызықтар арасындағы қашықтық - бұл бір микрон.
Эксперименттер арқылы зерттеушілер металл графенінің фотоэлектрлік индукциялық құрылғысы көбінесе 16 ГГц жұмыс жиілігінің жұмыс жиілігіне жете алатындығын және толқын ұзындығы диапазонында (ультракүлгін) 300-ге дейін (инфрақызыл) дейін жұмыс істей алады. Дәстүрлі фотоэлектрлік индукция түтігі толқын ұзындығымен инфрақызыл шамға жауап бере алмайды. Графеннің фотоэлектрлік индукциялық жабдықтарының жұмыс жиілігін жақсартуға арналған үлкен орын бар. Оның ең жақсы қойылымы оның қосымшалардың, оның ішінде байланыс, қашықтықтан басқару және қоршаған ортаны бақылаудың кең ассортименті бар.
Бірегей қасиеттері бар жаңа материал ретінде графенді қолдану бойынша зерттеулер бірінен соң бірі пайда болады. Оларды бұл жерде санау қиын. Болашақта графеннен жасалған графеннен, графеннен жасалған графеннен жасалған түтіктер, күнделікті өмірде графеннен жасалған графеннен және молекулалық детекторлардан жасалған түтіктер болуы мүмкін ... Зертханадан шыққан графен күнделікті өмірде жарқырайды.
Жақын арада графенді пайдаланатын көптеген электрондық өнімдер пайда болады деп күтуге болады. Егер біздің смартфондарымыз бен нетбелеріміздің рөліне, құлағымызға қысылып, қалтамызға бекітілген болса, қандай қызықты болар еді деп ойлаңыз!
POST TIME: MAR-09-2022