Yn 2010, enillodd Geim a Novoselov Wobr Nobel mewn ffiseg am eu gwaith ar graphene.Mae'r wobr hon wedi gadael argraff ddofn ar lawer o bobl.Wedi'r cyfan, nid yw pob offeryn arbrofol Gwobr Nobel mor gyffredin â thâp gludiog, ac nid yw pob gwrthrych ymchwil mor hudolus a hawdd ei ddeall â graphene “crisial dau-ddimensiwn”.Gellir dyfarnu'r gwaith yn 2004 yn 2010, sy'n brin yng nghofnod Gwobr Nobel yn y blynyddoedd diwethaf.
Mae graphene yn fath o sylwedd sy'n cynnwys un haen o atomau carbon wedi'u trefnu'n agos yn dellt hecsagonol diliau dau ddimensiwn.Fel diemwnt, graffit, ffwleren, nanotiwbiau carbon a charbon amorffaidd, mae'n sylwedd (sylwedd syml) sy'n cynnwys elfennau carbon.Fel y dangosir yn y ffigur isod, gellir gweld ffwlerenau a nanotiwbiau carbon wedi'u rholio i fyny mewn rhyw ffordd o haen sengl o graphene, sy'n cael ei bentyrru gan lawer o haenau o graphene.Mae'r ymchwil ddamcaniaethol ar ddefnyddio graphene i ddisgrifio priodweddau sylweddau carbon syml amrywiol (graffit, nanotiwbiau carbon a graphene) wedi para am bron i 60 mlynedd, ond credir yn gyffredinol ei bod yn anodd bodoli deunyddiau dau ddimensiwn o'r fath ar eu pen eu hunain yn sefydlog, dim ond ynghlwm wrth wyneb y swbstrad tri dimensiwn neu y tu mewn i sylweddau fel graffit.Nid tan 2004 y tynnodd Andre Geim a'i fyfyriwr Konstantin Novoselov haen sengl o graphene o graffit trwy arbrofion y cyflawnodd yr ymchwil ar graphene ddatblygiad newydd.
Gellir ystyried bod fullerene (chwith) a nanotiwb carbon (canol) yn cael eu rholio gan un haen o graphene mewn rhyw ffordd, tra bod graffit (dde) yn cael ei bentyrru gan haenau lluosog o graphene trwy gysylltiad grym van der Waals.
Y dyddiau hyn, gellir cael graphene mewn sawl ffordd, ac mae gan wahanol ddulliau eu manteision a'u hanfanteision eu hunain.Cafodd Geim a Novoselov graphene mewn ffordd syml.Gan ddefnyddio tâp tryloyw sydd ar gael mewn archfarchnadoedd, fe wnaethon nhw dynnu graphene, dalen graffit gyda dim ond un haen o atomau carbon o drwch, o ddarn o graffit pyrolytig lefel uchel.Mae hyn yn gyfleus, ond nid yw'r gallu i'w reoli mor dda, a dim ond ar gyfer arbrofion y gellir cael graphene â maint llai na 100 micron (un rhan o ddeg o filimedr), y gellir ei ddefnyddio ar gyfer arbrofion, ond mae'n anodd ei ddefnyddio. ceisiadau.Gall dyddodiad anwedd cemegol dyfu samplau graphene gyda maint degau o gentimetrau ar yr wyneb metel.Er mai dim ond 100 micron yw'r ardal â chyfeiriadedd cyson [3,4], mae wedi bod yn addas ar gyfer anghenion cynhyrchu rhai ceisiadau.Dull cyffredin arall yw gwresogi'r grisial carbid silicon (SIC) i fwy na 1100 ℃ mewn gwactod, fel bod yr atomau silicon ger yr wyneb yn anweddu, a'r atomau carbon sy'n weddill yn cael eu haildrefnu, a all hefyd gael samplau graphene ag eiddo da.
Mae graphene yn ddeunydd newydd gyda phriodweddau unigryw: mae ei ddargludedd trydanol mor ardderchog â chopr, ac mae ei ddargludedd thermol yn well nag unrhyw ddeunydd hysbys.Mae'n dryloyw iawn.Dim ond rhan fach (2.3%) o'r golau gweladwy digwyddiad fertigol fydd yn cael ei amsugno gan graphene, a bydd y rhan fwyaf o'r golau yn mynd drwodd.Mae mor drwchus fel na all hyd yn oed atomau heliwm (y moleciwlau nwy lleiaf) basio drwodd.Nid yw'r priodweddau hudol hyn yn cael eu hetifeddu'n uniongyrchol o graffit, ond o fecaneg cwantwm.Mae ei briodweddau trydanol ac optegol unigryw yn pennu bod ganddo ragolygon cymhwyso eang.
Er mai dim ond ers llai na deng mlynedd y mae graphene wedi ymddangos, mae wedi dangos llawer o gymwysiadau technegol, sy'n brin iawn ym meysydd ffiseg a gwyddoniaeth ddeunydd.Mae'n cymryd mwy na deng mlynedd neu hyd yn oed ddegawdau i ddeunyddiau cyffredinol symud o labordy i fywyd go iawn.Beth yw'r defnydd o graphene?Edrychwn ar ddwy enghraifft.
Electrod tryloyw meddal
Mewn llawer o offer trydanol, mae angen defnyddio deunyddiau dargludol tryloyw fel electrodau.Ni all gwylio electronig, cyfrifianellau, setiau teledu, arddangosfeydd crisial hylifol, sgriniau cyffwrdd, paneli solar a llawer o ddyfeisiau eraill adael bodolaeth electrodau tryloyw.Mae'r electrod tryloyw traddodiadol yn defnyddio indium tun ocsid (ITO).Oherwydd y pris uchel a'r cyflenwad cyfyngedig o indium, mae'r deunydd yn frau a diffyg hyblygrwydd, ac mae angen adneuo'r electrod yn haen ganol y gwactod, ac mae'r gost yn gymharol uchel.Am amser hir, mae gwyddonwyr wedi bod yn ceisio dod o hyd i'w eilydd.Yn ogystal â gofynion tryloywder, dargludedd da a pharatoi hawdd, os yw hyblygrwydd y deunydd ei hun yn dda, bydd yn addas ar gyfer gwneud "papur electronig" neu ddyfeisiau arddangos plygadwy eraill.Felly, mae hyblygrwydd hefyd yn agwedd bwysig iawn.Mae graphene yn ddeunydd o'r fath, sy'n addas iawn ar gyfer electrodau tryloyw.
Cafodd ymchwilwyr o Samsung a Phrifysgol chengjunguan yn Ne Korea graphene â hyd croeslin o 30 modfedd trwy ddyddodiad anwedd cemegol a'i drosglwyddo i ffilm terephthalate polyethylen polyethylen (PET) 188 micron o drwch i gynhyrchu sgrin gyffwrdd yn seiliedig ar graphene [4].Fel y dangosir yn y ffigur isod, mae'r graphene a dyfir ar y ffoil copr yn cael ei bondio'n gyntaf â'r tâp stripio thermol (rhan dryloyw glas), yna mae'r ffoil copr yn cael ei ddiddymu trwy ddull cemegol, ac yn olaf mae'r graphene yn cael ei drosglwyddo i'r ffilm PET trwy wresogi .
Offer sefydlu ffotodrydanol newydd
Mae gan Graphene briodweddau optegol unigryw iawn.Er mai dim ond un haen o atomau sydd, gall amsugno 2.3% o'r golau a allyrrir yn yr ystod tonfedd gyfan o olau gweladwy i isgoch.Nid oes gan y rhif hwn unrhyw beth i'w wneud â pharamedrau materol eraill graphene ac fe'i pennir gan electrodynameg cwantwm [6].Bydd y golau wedi'i amsugno yn arwain at gynhyrchu cludwyr (electronau a thyllau).Mae cynhyrchu a chludo cludwyr mewn graphene yn wahanol iawn i'r rhai mewn lled-ddargludyddion traddodiadol.Mae hyn yn gwneud graphene yn addas iawn ar gyfer offer sefydlu ffotodrydanol tra chyflym.Amcangyfrifir y gall offer sefydlu ffotodrydanol o'r fath weithio ar amlder o 500ghz.Os caiff ei ddefnyddio ar gyfer trosglwyddo signal, gall drosglwyddo 500 biliwn o sero neu rai yr eiliad, a chwblhau trosglwyddiad cynnwys dau ddisg Blu-ray mewn un eiliad.
Mae arbenigwyr o Ganolfan Ymchwil IBM Thomas J. Watson yn yr Unol Daleithiau wedi defnyddio graphene i gynhyrchu dyfeisiau sefydlu ffotodrydanol a all weithio ar amlder 10GHz [8].Yn gyntaf, paratowyd naddion graphene ar swbstrad silicon wedi'i orchuddio â silica trwchus 300 nm trwy “dull rhwygo tâp”, ac yna gwnaed electrodau aur palladium neu aur titaniwm gydag egwyl o 1 micron a lled o 250 nm arno.Yn y modd hwn, ceir dyfais sefydlu ffotodrydanol seiliedig ar graphene.
Diagram sgematig o offer sefydlu ffotodrydanol graphene a sganio lluniau microsgop electron (SEM) o samplau gwirioneddol.Mae'r llinell fer ddu yn y ffigur yn cyfateb i 5 micron, ac mae'r pellter rhwng llinellau metel yn un micron.
Trwy arbrofion, canfu'r ymchwilwyr y gall y ddyfais sefydlu ffotodrydanol strwythur metel graphene metel hwn gyrraedd amlder gweithio 16ghz ar y mwyaf, a gall weithio ar gyflymder uchel yn yr ystod donfedd o 300 nm (ger uwchfioled) i 6 micron (isgoch), tra ni all y tiwb sefydlu ffotodrydanol traddodiadol ymateb i olau isgoch gyda thonfedd hirach.Mae amlder gweithio offer sefydlu ffotodrydanol graphene yn dal i fod â lle gwych i wella.Mae ei berfformiad uwch yn golygu bod ganddo ystod eang o ragolygon cymhwyso, gan gynnwys cyfathrebu, rheoli o bell a monitro amgylcheddol.
Fel deunydd newydd gyda phriodweddau unigryw, mae'r ymchwil ar gymhwyso graphene yn dod i'r amlwg un ar ôl y llall.Mae yn anhawdd i ni eu rhifo yma.Yn y dyfodol, efallai y bydd tiwbiau effaith maes wedi'u gwneud o graphene, switshis moleciwlaidd wedi'u gwneud o synwyryddion graphene a moleciwlaidd wedi'u gwneud o graphene ym mywyd beunyddiol ... Bydd graffen sy'n dod allan o'r labordy yn raddol yn disgleirio ym mywyd beunyddiol.
Gallwn ddisgwyl y bydd nifer fawr o gynhyrchion electronig sy'n defnyddio graphene yn ymddangos yn y dyfodol agos.Meddyliwch pa mor ddiddorol fyddai hi pe bai ein ffonau clyfar a’n gwe-lyfrau’n gallu cael eu rholio i fyny, eu clampio ar ein clustiau, eu stwffio yn ein pocedi, neu eu lapio o amgylch ein harddyrnau pan nad ydyn nhw’n cael eu defnyddio!
Amser post: Mar-09-2022