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 tou, se pa tout zouti eksperimantal ki komen tankou tep adezif, epi se pa tout objè rechèch ki majik e fasil pou konprann tankou grafèn "kristal bidimansyonèl". Travay an 2004 la te kapab resevwa Pri Nobèl an 2010, sa ki ra nan dosye Pri Nobèl nan dènye ane yo.
Grafèn se yon kalite sibstans ki gen yon sèl kouch atòm kabòn ki byen ranje nan yon rezo egzagonal siwo myèl bidimensyonèl. Menm jan ak dyaman, grafit, fulèrèn, nanotub kabòn ak kabòn amorf, li se yon sibstans (sibstans senp) ki konpoze de eleman kabòn. Jan yo montre nan figi ki anba a, fulèrèn ak nanotub kabòn yo ka wè kòm vlope nan yon sèten fason soti nan yon sèl kouch grafèn, ki anpile pa plizyè kouch grafèn. Rechèch teyorik sou itilizasyon grafèn pou dekri pwopriyete divès sibstans senp kabòn (grafit, nanotub kabòn ak grafèn) te dire pou prèske 60 ane, men jeneralman yo kwè ke materyèl bidimensyonèl sa yo difisil pou egziste poukont yo yon fason ki estab, sèlman tache ak sifas substrat twa dimansyon an oswa andedan sibstans tankou grafit. Se pa t jiskaske 2004 ke Andre Geim ak elèv li Konstantin Novoselov te retire yon sèl kouch grafèn nan grafit atravè eksperyans ke rechèch sou grafèn nan te rive nan nouvo devlopman.
Tou de fulerèn (agoch) ak nanotub kabòn (nan mitan) ka konsidere kòm vlope pa yon sèl kouch grafèn nan yon fason oswa yon lòt, alòske grafit (adwat) anpile pa plizyè kouch grafèn atravè koneksyon fòs van der Waals la.
Jodi a, yo ka jwenn grafèn nan plizyè fason, epi diferan metòd yo gen avantaj ak dezavantaj pa yo. Geim ak Novoselov te jwenn grafèn nan yon fason senp. Lè yo te itilize tep transparan ki disponib nan makèt yo, yo te retire grafèn, yon fèy grafit ki gen yon sèl kouch atòm kabòn epesè, nan yon moso grafit pirolitik ki gen yon gwo lòd. Sa pratik, men kontwolabilite a pa tèlman bon, epi yo ka sèlman jwenn grafèn ki gen yon gwosè mwens pase 100 mikron (yon dizyèm milimèt), ki ka itilize pou eksperyans, men li difisil pou itilize pou aplikasyon pratik. Depozisyon vapè chimik ka fè echantiyon grafèn grandi ak gwosè plizyè dizèn santimèt sou sifas metal la. Malgre ke zòn ki gen oryantasyon konsistan an se sèlman 100 mikron [3,4], li te apwopriye pou bezwen pwodiksyon kèk aplikasyon. Yon lòt metòd komen se chofe kristal carbure Silisyòm (SIC) la a plis pase 1100 ℃ nan vid, pou atòm Silisyòm yo ki toupre sifas la evapore, epi atòm kabòn ki rete yo rearanje, sa ki ka pèmèt tou jwenn echantiyon grafèn ki gen bon pwopriyete.
Grafèn se yon nouvo materyèl ki gen pwopriyete inik: konduktivite elektrik li ekselan tankou kwiv, epi konduktivite tèmik li pi bon pase nenpòt lòt materyèl li te ye. Li trè transparan. Se sèlman yon ti pati (2.3%) nan limyè vizib ki ensidan vètikal la ki pral absòbe pa grafèn, epi pifò limyè a pral pase ladan l. Li tèlman dans ke menm atòm elyòm (pi piti molekil gaz yo) pa ka pase ladan l. Pwopriyete majik sa yo pa eritye dirèkteman nan grafit, men nan mekanik kwantik. Pwopriyete elektrik ak optik inik li yo detèmine ke li gen gwo pèspektiv aplikasyon.
Malgre ke grafèn parèt sèlman pou mwens pase dis ane, li montre anpil aplikasyon teknik, sa ki ra anpil nan domèn fizik ak syans materyèl. Li pran plis pase dis ane oswa menm plizyè dizèn ane pou materyèl jeneral yo soti nan laboratwa pou rive nan lavi reyèl. Ki itilite grafèn? Ann gade de egzanp.
Elektwòd mou transparan
Nan anpil aparèy elektrik, materyèl kondiktif transparan yo bezwen itilize kòm elektwòd. Mont elektwonik, kalkilatris, televizyon, ekran kristal likid, ekran taktil, panno solè ak anpil lòt aparèy pa ka kite egzistans elektwòd transparan yo. Elektwòd transparan tradisyonèl la itilize oksid endyòm ak eten (ITO). Akòz pri ki wo ak rezèv endyòm limite, materyèl la frajil epi li pa fleksib, epi elektwòd la bezwen depoze nan kouch mitan vakyòm nan, epi pri a relativman wo. Pou yon bon bout tan, syantis yo te ap eseye jwenn yon ranplasman pou li. Anplis egzijans transparans, bon konduktivite ak preparasyon fasil, si fleksibilite materyèl la li menm bon, li pral apwopriye pou fè "papye elektwonik" oswa lòt aparèy ekspozisyon pliyab. Se poutèt sa, fleksibilite se yon aspè trè enpòtan tou. Grafèn se yon materyèl konsa, ki trè apwopriye pou elektwòd transparan.
Chèchè nan Samsung ak Inivèsite Chengjunguan nan Kore di Sid te jwenn grafèn ki gen yon longè dyagonal 30 pous pa depo vapè chimik epi yo te transfere li nan yon fim tereftalat polietilèn (PET) ki gen yon epesè 188 mikron pou pwodui yon ekran taktil ki baze sou grafèn [4]. Jan yo montre nan figi ki anba a, grafèn ki grandi sou papye kwiv la kole dabò ak tep dezabiman tèmik la (pati ble transparan), answit papye kwiv la fonn pa metòd chimik, epi finalman grafèn nan transfere nan fim PET la pa chofaj.
Nouvo ekipman endiksyon fotoelektrik
Grafèn gen pwopriyete optik ki vrèman inik. Malgre ke gen yon sèl kouch atòm, li ka absòbe 2.3% nan limyè ki emèt nan tout seri longèdonn ki soti nan limyè vizib rive nan enfrawouj. Chif sa a pa gen anyen pou wè ak lòt paramèt materyèl grafèn epi li detèmine pa elektwodinamik kwantik [6]. Limyè ki absòbe a ap mennen nan jenerasyon transpòtè (elektwon ak twou). Jenerasyon ak transpòtè transpòtè nan grafèn yo trè diferan de sa yo ki nan semi-kondiktè tradisyonèl yo. Sa fè grafèn trè apwopriye pou ekipman endiksyon fotoelektrik ultra rapid. 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 zewo oswa en pa segonn, epi konplete transmisyon kontni de disk Blu-ray nan yon segonn.
Ekspè ki soti nan Sant Rechèch IBM Thomas J. Watson Ozetazini te itilize grafèn pou fabrike aparèy endiksyon fotoelektrik ki ka fonksyone nan yon frekans 10GHz [8]. Premyèman, yo te prepare flokon grafèn sou yon substra silikon ki kouvri ak silica 300 nm epesè pa "metòd chire tep", epi answit yo te fè elektwòd lò paladyòm oswa lò Titàn ak yon entèval 1 mikron ak yon lajè 250 nm sou li. Nan fason sa a, yo jwenn yon aparèy endiksyon fotoelektrik ki baze sou grafèn.
Dyagram eskematik ekipman endiksyon fotoelektrik grafèn ak foto mikwoskòp elektwonik optik (SEM) echantiyon reyèl yo. Liy nwa kout nan figi a koresponn ak 5 mikron, epi distans ki genyen ant liy metal yo se yon mikron.
Atravè eksperyans yo, chèchè yo te jwenn ke aparèy endiksyon fotoelektrik estrikti metal grafèn sa a ka rive nan yon frekans travay 16ghz nan maksimòm, epi li ka travay nan gwo vitès nan yon seri longèdonn soti nan 300 nm (toupre iltravyolèt) rive nan 6 mikron (enfrawouj), alòske tib endiksyon fotoelektrik tradisyonèl la pa ka reyaji a limyè enfrawouj ak yon longèdonn ki pi long. Frekans travay ekipman endiksyon fotoelektrik grafèn nan toujou gen anpil espas pou amelyorasyon. Pèfòmans siperyè li fè li gen yon pakèt aplikasyon posib, tankou kominikasyon, kontwòl a distans ak siveyans anviwònman.
Kòm yon nouvo materyèl ak pwopriyete inik, rechèch sou aplikasyon grafèn ap parèt youn apre lòt. Li difisil pou nou site yo isit la. Nan lavni, ka gen tib efè chan mayetik 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 briye nan lavi chak jou.
Nou ka espere yon gwo kantite pwodui elektwonik ki itilize grafèn ap parèt nan fiti pròch. Reflechi sou jan sa ta enteresan si nou te ka woule smartphones ak netbook nou yo, sere yo nan zòrèy nou, foure yo nan pòch nou, oswa vlope yo nan ponyèt nou lè nou pa ap itilize yo!
Lè piblikasyon an: 9 Mas 2022