2010-жылы Гейм менен Новоселов графен боюнча жасаган иштери үчүн физика боюнча Нобель сыйлыгын алышкан.Бул сыйлык көптөгөн адамдарга терең таасир калтырды.Анткени, ар бир Нобель сыйлыгынын эксперименталдык куралы скотч сыяктуу кеңири тараган эмес жана ар бир изилдөө объектиси “эки өлчөмдүү кристалл” графен сыяктуу сыйкырдуу жана түшүнүктүү эмес.2004-жылдагы эмгек 2010-жылы ыйгарылышы мүмкүн, бул акыркы жылдардагы Нобель сыйлыгынын рекордунда сейрек учурайт.
Графен эки өлчөмдүү бал уясынын алты бурчтуу торуна тыгыз жайгашкан көмүртек атомдорунун бир катмарынан турган заттын бир түрү.Алмаз, графит, фуллерен, көмүртек нанотүтүкчөлөрү жана аморфтук көмүртек сыяктуу эле көмүртек элементтеринен турган зат (жөнөкөй зат).Төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөндөй, фуллерендер жана көмүртектүү нанотүтүкчөлөр графендин көп катмарлары менен тизилген бир графен катмарынан кандайдыр бир түрдө түрүлгөнүн көрүүгө болот.Ар кандай көмүртектүү жөнөкөй заттардын (графит, көмүртек нанотүтүкчөлөрү жана графен) касиеттерин сүрөттөө үчүн графенди колдонуу боюнча теориялык изилдөөлөр дээрлик 60 жылга созулган, бирок жалпысынан мындай эки өлчөмдүү материалдардын туруктуу жашоосу кыйын деп эсептешет. үч өлчөмдүү субстрат бетине же графит сыяктуу ички заттарга гана тиркелет.2004-жылы гана Андре Гейм жана анын окуучусу Константин Новоселов эксперименттер аркылуу графиттен графендин бир катмарын алып салышканда, графен боюнча изилдөөлөр жаңы өнүгүүгө жетишкен.
Фуллеренди (солдо) да, көмүртектүү нанотүтүктөрдү да (ортодо) кандайдыр бир жол менен бир графен катмары түрткөн деп эсептесе болот, ал эми графит (оңдо) ван дер Ваальс күчү менен графендин бир нече катмары менен тизилген.
Азыркы учурда, графен ар кандай жолдор менен алынышы мүмкүн жана ар кандай ыкмалардын өзүнүн артыкчылыктары жана кемчиликтери бар.Гейм менен Новоселов графенди жөнөкөй жол менен алышкан.Супермаркеттерде бар тунук лентаны колдонуп, алар жогорку даражадагы пиролиттик графиттин бир бөлүгүнөн калың көмүртек атомдорунун бир гана катмары бар графит баракты ажыратышты.Бул ыңгайлуу, бирок башкаруу мүмкүнчүлүгү анчалык деле жакшы эмес жана графен өлчөмү 100 микрондон (миллиметрдин ондон бири) гана алынышы мүмкүн, аны эксперименттер үчүн колдонсо болот, бирок аны практикалык максатта колдонуу кыйын. колдонмолор.Химиялык буу катмары металл бетинде ондогон сантиметр өлчөмүндөгү графен үлгүлөрүн өстүрө алат.ырааттуу багыты менен аянты болгону 100 микрон [3,4] болсо да, кээ бир колдонмолордун өндүрүштүк муктаждыктары үчүн ылайыктуу болгон.Дагы бир кеңири таралган ыкма кремний карбидин (SIC) кристалын вакуумда 1100 ℃ дан жогору ысытуу болуп саналат, ошентип бетке жакын кремний атомдору бууланып, калган көмүртек атомдору кайра иретке келтирилет, бул да жакшы касиеттери бар графен үлгүлөрүн ала алат.
Графен — уникалдуу касиеттери бар жаңы материал: анын электр өткөргүчтүгү жез сыяктуу мыкты, ал эми жылуулук өткөргүчтүгү белгилүү болгон бардык материалдардан жакшыраак.Бул абдан ачык болуп саналат.Тик түшкөн көзгө көрүнгөн жарыктын бир аз гана бөлүгү (2,3%) графенге сиңет жана жарыктын көбү аркылуу өтөт.Ал ушунчалык тыгыз болгондуктан, гелий атомдору да (эң кичинекей газ молекулалары) өтө албайт.Бул сыйкырдуу касиеттер түздөн-түз графиттен эмес, кванттык механикадан тукум кууган.Анын уникалдуу электрдик жана оптикалык касиеттери анын кеңири колдонуу келечеги бар экенин аныктайт.
Графен он жылга жетпеген убакытта гана пайда болгонуна карабастан, физика жана материал таануу тармактарында өтө сейрек кездешүүчү көптөгөн техникалык колдонмолорду көрсөттү.Жалпы материалдардын лабораториядан реалдуу жашоого өтүшү үчүн он жылдан ашык, атүгүл ондогон жылдар талап кылынат.Графендин кандай пайдасы бар?Келгиле, эки мисалды карап көрөлү.
Жумшак тунук электрод
Көптөгөн электр приборлорунда тунук өткөргүч материалдар электрод катары колдонулушу керек.Электрондук сааттар, эсептегичтер, телевизорлор, суюк кристалл дисплейлер, сенсордук экрандар, күн панелдери жана башка көптөгөн аппараттар тунук электроддордун бар экенин калтыра албайт.Салттуу тунук электрод индий калай кычкылын (ITO) колдонот.Улам жогорку баа жана индий чектелген камсыз кылуу, материалдык морт жана ийкемдүүлүктүн жоктугунан, электрод боштуктун орто катмарында депонирленген керек, жана наркы салыштырмалуу жогору.Узак убакыт бою окумуштуулар анын ордун табууга аракет кылып келишет.Ачыктык, жакшы өткөргүчтүк жана жеңил даярдоо талаптарынан тышкары, материалдын ийкемдүүлүгү жакшы болсо, ал “электрондук кагазды” же башка бүктөлүүчү дисплей түзүлүштөрүн жасоого жарактуу болот.Ошондуктан, ийкемдүүлүк да абдан маанилүү аспект болуп саналат.Графен - бул тунук электроддор үчүн абдан ылайыктуу материал.
Түштүк Кореянын Самсунг жана Ченгжунгуан университетинин изилдөөчүлөрү графендин негизиндеги сенсордук экранды өндүрүү үчүн химиялык бууларды жайгаштыруу жолу менен диагональ узундугу 30 дюйм болгон графенди алышты жана аны 188 микрон калыңдыгы бар полиэтилентерефталат (PET) пленкасына өткөрүштү [4].Төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөндөй, жез фольгада өстүрүлгөн графен алгач термикалык чечүүчү лента (көк тунук бөлүк) менен бириктирилет, андан кийин жез фольга химиялык ыкма менен эритилип, акырында графен ысытуу аркылуу PET пленкасына өткөрүлөт. .
Жаңы фотоэлектрдик индукциялык жабдуулар
Графен абдан уникалдуу оптикалык касиеттерге ээ.Атомдордун бир гана катмары бар болсо да, ал көрүнгөн жарыктан инфракызылга чейин бүт толкун узундугунда бөлүнүп чыккан жарыктын 2,3% сиңире алат.Бул сан графендин башка материалдык параметрлери менен эч кандай байланышы жок жана кванттык электродинамика менен аныкталат [6].Сорулуу жарык алып жүрүүчүлөр (электрондор жана тешиктер) пайда болот.Графендеги ташыгычтардын жаралышы жана ташылышы салттуу жарым өткөргүчтөрдөн абдан айырмаланат.Бул графенди ультра ылдам фотоэлектрдик индукциялык жабдуулар үчүн абдан ылайыктуу кылат.Мындай фотоэлектрдик индукциялык жабдуулар 500 ГГц жыштыкта иштеши мүмкүн деп болжолдонууда.Эгер ал сигналды өткөрүү үчүн колдонулса, секундасына 500 миллиард нөлдү же бирди өткөрүп, эки Blu ray дискинин мазмунун бир секундда өткөрүп бүтүрө алат.
Америка Кошмо Штаттарынын IBM Thomas J. Watson изилдөө борборунун эксперттери графенди 10 ГГц жыштыкта иштей ала турган фотоэлектрдик индукциялык түзүлүштөрдү өндүрүү үчүн колдонушкан [8].Биринчиден, 300 нм калың кремний диоксиди менен капталган кремний субстратында графен кабыктары “лента тыткылык ыкмасы” менен даярдалган, андан кийин анын үстүнө 1 микрон аралык жана 250 нм аралыктагы палладий алтыны же титан алтын электроддору жасалган.Ушундай жол менен графендин негизинде фотоэлектрдик индукциялык түзүлүш алынат.
Графендик фотоэлектрдик индукциялык жабдуулардын схемалык диаграммасы жана сканерлөөчү электрондук микроскоптун (SEM) чыныгы үлгүлөрүнүн сүрөттөрү.Сүрөттөгү кара кыска сызык 5 микронго туура келет, ал эми металл сызыктардын ортосундагы аралык бир микронду түзөт.
Эксперименттердин натыйжасында, изилдөөчүлөр бул металл графен металл структурасынын фотоэлектрдик индукциялык түзүлүш эң көп дегенде 16 ГГц жумушчу жыштыгына жете аларын жана 300 нмден (ультракызгылт нурга жакын) 6 микронго (инфракызыл) чейинки толкун узундугунда жогорку ылдамдыкта иштей аларын аныкташкан. салттуу фотоэлектрдик индукциялык түтүк толкун узундугу менен инфракызыл жарыкка жооп бере албайт.Графендик фотоэлектрдик индукциялык жабдуулардын иштөө жыштыгы дагы эле өркүндөтүү үчүн чоң мүмкүнчүлүккө ээ.Анын жогорку көрсөткүчтөрү байланышты, алыстан башкарууну жана айлана-чөйрөнү көзөмөлдөөнү кошо алганда, колдонуунун кеңири спектрине ээ кылат.
Уникалдуу касиеттери бар жаңы материал катары графенди колдонуу боюнча изилдөөлөр биринин артынан бири пайда болууда.Аларды бул жерде санап чыгуу бизге кыйын.Келечекте күнүмдүк жашоодо графенден жасалган талаа эффективдүү түтүктөр, графенден жасалган молекулалык өчүргүчтөр жана графенден жасалган молекулярдык детекторлор болушу мүмкүн... Лабораториядан акырындап чыккан графен күнүмдүк жашоодо жаркырап турат.
Биз графенди колдонгон көп сандагы электрондук өнүмдөр жакынкы келечекте пайда болот деп күтсөк болот.Ойлонуп көргүлөчү, смартфондорубуз менен нетбуктарыбыз иштебей турганда түрмөктөлүп, кулагыбызга кысып, чөнтөккө салып же билегибизге ороп алса, кандай кызыктуу болмок!
Посттун убактысы: Март-09-2022