В 2010 году Гейм и Новоселов получили Нобелевскую премию по физике за свою работу над графеном. Эта награда произвела глубокое впечатление на многих людей. В конце концов, не каждый экспериментальный инструмент Нобелевской премии так же распространен, как и клейкая лента, и не каждый объект исследования так же волшебен и прост для понимания, как «двумерный кристалл». Работа в 2004 году может быть присуждена в 2010 году, что редко в результате записи Нобелевской премии в последние годы.
Графен-это своего рода вещество, которое состоит из одного слоя атомов углерода, тесно расположенного в двумерной соты на шестиугольную решетку. Как и алмаз, графит, фуллерен, углеродные нанотрубки и аморфный углерод, это вещество (простое вещество), состоящее из углеродных элементов. Как показано на рисунке ниже, фуллерены и углеродные нанотрубки можно рассматривать как каким -то образом свернуты из одного слоя графена, который сложен многими слоями графена. Теоретическое исследование об использовании графена для описания свойств различных углеродных простых веществ (графит, углеродные нанотрубки и графен) длились почти 60 лет, но обычно считается, что такие двумерные материалы трудно существовать в одиночку, в одиночку, в одиночку, Прикреплен только к трехмерной поверхности субстрата или внутренним веществам, таким как графит. Только в 2004 году Андре Гейм и его ученик Константин Новоселов лишили один слой графена из графита за счет экспериментов, исследование графена достигло нового развития.
Как фуллерен (слева), так и углеродные нанотрубки (в середине) могут рассматриваться как каким -то образом свернутую одним слоем графена, в то время как графит (справа) укладывается несколькими слоями графена посредством подключения силы ван -дер -ваальса.
В настоящее время графен можно получить во многих отношениях, а различные методы имеют свои собственные преимущества и недостатки. Гейм и Новоселов получили графен простым способом. Используя прозрачную ленту, доступную в супермаркетах, они сняли графен, графитовый лист только с одним слоем атомов углерода, из куска пиролитического графита высокого порядка. Это удобно, но управляемость не так хороша, и может быть получен графен размером менее 100 микрон (одна десятая часть миллиметра), что можно использовать для экспериментов, но его трудно использовать для практической приложения. Химическое осаждение пара может выращивать образцы графена с размером десятков сантиметров на поверхности металла. Хотя площадь с последовательной ориентацией составляет всего 100 микрон [3,4], она подходит для производственных потребностей некоторых приложений. Другим распространенным методом является нагревание кристалла из карбида кремния (SIC) до более чем 1100 ℃ в вакууме, чтобы атомы кремния вблизи поверхности испарились, а оставшиеся атомы углерода перегружаются, что также может получить образцы графена с хорошими свойствами.
Графен - это новый материал с уникальными свойствами: его электрическая проводимость столь же превосходна, как и медь, а его теплопроводность лучше, чем любой известный материал. Это очень прозрачно. Только небольшая часть (2,3%) вертикального видимого света будет поглощена графеном, и большая часть света пройдет. Это настолько плотно, что даже атомы гелия (самые маленькие молекулы газа) не могут пройти. Эти магические свойства непосредственно унаследованы от графита, а от квантовой механики. Его уникальные электрические и оптические свойства определяют, что у него широкие перспективы применения.
Хотя графен появился только в течение менее десяти лет, он показал много технических применений, что очень редко встречается в области физики и материальной науки. Общие материалы требуют более десяти лет или даже десятилетий, чтобы перейти от лаборатории к реальной жизни. Каково использование графена? Давайте посмотрим на два примера.
Мягкий прозрачный электрод
Во многих электрических приборах необходимо использовать прозрачные проводящие материалы в качестве электродов. Электронные часы, калькуляторы, телевизоры, жидкокристаллические дисплеи, сенсорные экраны, солнечные батареи и многие другие устройства не могут оставить существование прозрачных электродов. Традиционный прозрачный электрод использует оксид олова индия (ITO). Из -за высокой цены и ограниченного поставки индия материал является хрупким и отсутствием гибкости, и электрод должен быть осажден в среднем слое вакуума, а стоимость относительно высока. В течение долгого времени ученые пытались найти свою замену. В дополнение к требованиям прозрачности, хорошей проводимости и легкой подготовки, если гибкость самого материала хороша, он будет подходить для изготовления «электронной бумаги» или других складных отображений. Следовательно, гибкость также является очень важным аспектом. Графен является таким материалом, который очень подходит для прозрачных электродов.
Исследователи из Университета Samsung и Chengjunguan в Южной Корее получили графен с диагональной длиной 30 дюймов при химическом осаждении паров и перенесли его в пленку полиэтилентерефталата толщиной 188 микрон (4]. Как показано на рисунке ниже, графен, выращенный на медной фольге, сначала связан с помощью тепловой ленты (синяя прозрачная часть), затем медная фольга растворяется химическим методом, и, наконец, графен передается в пленку ПЭТ путем нагрева Полем
Новое фотоэлектрическое индукционное оборудование
Графен обладает очень уникальными оптическими свойствами. Хотя существует только один слой атомов, он может поглощать 2,3% излучаемого света во всей длине волны от видимого света до инфракрасного. Это число не имеет ничего общего с другими параметрами материала графена и определяется квантовой электродинамикой [6]. Поглощенный свет приведет к генерации носителей (электронов и отверстий). Поколение и транспорт носителей в графене очень отличаются от традиционных полупроводников. Это делает графен очень подходящим для сверхбыстрой фотоэлектрического индукционного оборудования. По оценкам, такое фотоэлектрическое индукционное оборудование может работать с частотой 500 ГГц. Если он используется для передачи сигнала, он может передавать 500 миллиардов нулей или одну в секунду и завершать передачу содержимого двух дисков Blu Ray за одну секунду.
Эксперты из исследовательского центра IBM Thomas J. Watson в Соединенных Штатах использовали графен для производства фотоэлектрических индукционных устройств, которые могут работать на частоте 10 ГГц [8]. Во -первых, графеновые хлопья готовили на кремниевой подложке, покрытой диоксидом кремнезема толщиной 300 нм, «методом разрыва ленты», а затем на него были сделаны золотые электроды палладия или титановый золотой с интервалом 1 микрона и шириной 250 нм. Таким образом, получено фотоэлектрическое индукционное устройство на основе графена.
Схематическая диаграмма графенового фотоэлектрического индукционного оборудования и сканирующего электронного микроскопа (SEM) фотографий фактических образцов. Черная короткая линия на рисунке соответствует 5 микронам, а расстояние между металлическими линиями составляет один микрон.
Благодаря экспериментам, исследователи обнаружили, что это фотоэлектрическое индукционное индукционное устройство металлической структуры графена может достигать максимума рабочей частоты 16 ГГц и может работать на высокой скорости в диапазоне длины волны от 300 нм (около ультрафиолета) до 6 микрон (инфракрасные), в то время как), в то время как 300 нм (около ультрафиолета) до 6 микрон (инфракрасные), в то время как), в то время как), в то время как), в то время как), в то время как 300 нм (около ультрафиолета) до 6 микрон (инфракрасные), в то время как 300 нм (около ультрафиолета) до 6 микрон (инфракрас), в то время как 300 нм (около ультрафиолета) до 6 микрон (инфракрасные Традиционная фотоэлектрическая индукционная трубка не может реагировать на инфракрасный свет с более длинной длиной волны. Рабочая частота графенового фотоэлектрического индукционного оборудования по -прежнему имеет большое место для улучшения. Его превосходная производительность заставляет его иметь широкий спектр перспектив применения, включая связь, дистанционное управление и мониторинг окружающей среды.
Как новый материал с уникальными свойствами, исследование применения графена появляется один за другим. Нам трудно перечислять их здесь. В будущем могут быть полевые трубки из графена, молекулярные переключатели из графена и молекулярных детекторов из графена в повседневной жизни ... графен, который постепенно выходит из лаборатории, будет сиять в повседневной жизни.
Мы можем ожидать, что в ближайшем будущем появится большое количество электронных продуктов, использующих графен. Подумайте о том, насколько интересно было бы, если бы наши смартфоны и нетбуки могли быть свернуты, зажаты на наших ушах, набиты в наши карманы или обернуты вокруг наших запястья, когда они не используются!
Пост времени: марта 09-2022