Di sala 2010an de, Geim û Novoselov ji bo xebata xwe ya li ser grafînê Xelata Nobelê ya fîzîkê wergirtin. Vê xelatê bandorek kûr li ser gelek kesan hiştiye. Axir, ne her amûrek ceribandinê ya Xelata Nobelê bi qasî banta pêvekirî gelemperî ye, û ne her tiştê lêkolînê bi qasî grafîna "krîstala du-alî" efsûnî û hêsan tê fêmkirin. Xebata di sala 2004an de dikare di sala 2010an de were xelat kirin, ku di tomarên Xelata Nobelê yên salên dawî de kêm e.
Grafîn cureyekî madeyê ye ku ji qatek yekane ya atomên karbonê pêk tê ku di nav tora şeşalî ya du-alî ya şaneyî de bi rêz in. Mîna elmas, grafît, fûleren, nanolûleyên karbonê û karbona amorf, ew madeyek (madeyek sade) ye ku ji elementên karbonê pêk tê. Wekî ku di wêneya jêrîn de tê xuyang kirin, fûleren û nanolûleyên karbonê dikarin wekî ku bi awayekî ji qatek yekane ya grafînê hatine pêçandin, ku ji hêla gelek qatên grafînê ve hatî rêz kirin, werin dîtin. Lêkolîna teorîk li ser karanîna grafînê ji bo danasîna taybetmendiyên cûrbecûr madeyên hêsan ên karbonê (grafît, nanolûleyên karbonê û grafîn) nêzîkî 60 salan dom kiriye, lê bi gelemperî tê bawer kirin ku materyalên du-alî dijwar e ku bi tena serê xwe bi awayekî domdar hebin, tenê bi rûyê substratê sê-alî an di hundurê madeyên wekî grafîtê de girêdayî ne. Heta sala 2004-an Andre Geim û xwendekarê wî Konstantin Novoselov bi ceribandinan qatek yekane ya grafînê ji grafîtê derxistin, lêkolîna li ser grafînê pêşveçûnek nû bi dest nexist.
Hem fûleren (çep) û hem jî nanolûbeya karbonê (navîn) dikarin wekî ku bi awayekî ji hêla yek qatek grafînê ve hatine pêçandin werin hesibandin, di heman demê de grafît (rast) bi girêdana hêza van der Waals ji hêla gelek qatên grafînê ve hatî nixumandin.
Îro, grafîn bi gelek awayan dikare were bidestxistin, û rêbazên cûda avantaj û dezavantajên xwe hene. Geim û Novoselov grafîn bi awayekî hêsan bi dest xistin. Bi karanîna teypa zelal a ku li supermarketan peyda dibe, wan grafîn, pelek grafîtê ku tenê yek qatek atomên karbonê stûr e, ji perçeyek grafîta pîrolîtîk a rêza bilind veqetandin. Ev hêsan e, lê kontrolkirin ne ewqas baş e, û grafîna bi mezinahiya kêmtir ji 100 mîkron (yek ji dehî mîlîmetreyê) tenê dikare were bidestxistin, ku dikare ji bo ceribandinan were bikar anîn, lê karanîna wê ji bo sepanên pratîkî dijwar e. Depokirina buhara kîmyewî dikare nimûneyên grafînê bi mezinahiya deh santîmetreyan li ser rûyê metal mezin bike. Her çend qada bi arasteya domdar tenê 100 mîkron be [3,4], ew ji bo hewcedariyên hilberînê yên hin sepanan guncan bûye. Rêbazek din a hevpar ew e ku krîstala karbîda silîkonê (SIC) di valahiyê de ji 1100 ℃ zêdetir germ bibe, da ku atomên silîkonê yên nêzîkî rûyê bihelin, û atomên karbonê yên mayî ji nû ve werin rêzkirin, ku ev jî dikare nimûneyên grafînê bi taybetmendiyên baş bi dest bixe.
Grafên materyalek nû ye ku xwedî taybetmendiyên bêhempa ye: rêjeyên wê yên elektrîkê bi qasî yên sifir pir baş in, û rêjeyên wê yên germî ji yên her materyalek naskirî çêtir in. Ew pir zelal e. Tenê beşek piçûk (2.3%) ji ronahiya xuya ya vertîkal a têketî dê ji hêla grafênê ve were mijandin, û piraniya ronahiyê dê derbas bibe. Ew ewqas tîr e ku tewra atomên helyûmê (molekulên gazê yên herî piçûk) jî nikarin derbas bibin. Ev taybetmendiyên efsûnî ne rasterast ji grafîtê, lê ji mekanîka kûantûmê têne mîras kirin. Taybetmendiyên wê yên elektrîkî û optîkî yên bêhempa diyar dikin ku perspektîfên serîlêdana wê yên berfireh hene.
Her çend grafîn tenê kêmtir ji deh salan e ku derketiye holê jî, gelek sepanên teknîkî nîşan daye, ku ev di warên fîzîk û zanista materyalan de pir kêm e. Ji bo ku materyalên gelemperî ji laboratûarê derbasî jiyana rastîn bibin, ji deh salan an jî dehsalan zêdetir dem digire. Bikaranîna grafînê çi ye? Werin em li du mînakan binêrin.
Elektroda nerm a zelal
Di gelek amûrên elektrîkê de, pêdivî ye ku materyalên şefaf ên guhêrbar wekî elektrod werin bikar anîn. Saetên elektronîkî, hesabker, televîzyon, ekranên krîstala şil, ekranên destdanê, panelên rojê û gelek amûrên din nikarin hebûna elektrodên şefaf bihêlin. Elektroda şefaf a kevneşopî oksîda qalayê ya îndyûmê (ITO) bikar tîne. Ji ber bihayê bilind û dabînkirina sînorkirî ya îndyûmê, materyal şikestî ye û ne nerm e, û elektrod hewce ye ku di qata navîn a valahiyê de were danîn, û lêçûn nisbeten zêde ye. Ji bo demek dirêj, zanyar hewl didin ku cîgirê wê bibînin. Ji bilî hewcedariyên şefafiyê, guhêrbariya baş û amadekirina hêsan, heke nermbûna materyalê bi xwe baş be, ew ê ji bo çêkirina "kaxeza elektronîkî" an amûrên din ên pêşandanê yên pêçayî guncan be. Ji ber vê yekê, nermbûn jî aliyek pir girîng e. Grafên materyalek wusa ye, ku ji bo elektrodên şefaf pir guncan e.
Lêkolînerên ji Zanîngeha Samsung û Chengjunguan li Koreya Başûr grafînek bi dirêjahiya diyagonal a 30 înç bi rêya danîna buhara kîmyewî bi dest xistin û ew veguheztin fîlmek polîetîlen tereftalat (PET) ya bi qalindahiya 188 mîkron da ku ekranek destavê ya li ser bingeha grafînê çêbikin [4]. Wekî ku di wêneya jêrîn de tê xuyang kirin, grafîna ku li ser pelê sifir mezin bûye pêşî bi teypa rakirina germî (beşa şîn a zelal) tê girêdan, dûv re pelê sifir bi rêbaza kîmyewî tê helandin, û di dawiyê de grafîn bi germkirinê veguhezîne fîlma PET.
Amûrên nû yên înduksîyona fotoelektrîkê
Grafên xwedî taybetmendiyên optîkî yên pir bêhempa ne. Her çend tenê yek qatek atoman hebe jî, ew dikare %2.3ê ronahiya derketî di tevahiya rêza dirêjahiya pêlê de ji ronahiya dîtbar heta înfraredê bimijîne. Ev hejmar ti eleqeya wê bi parametreyên din ên materyalê yên grafênê re tune ye û ji hêla elektrodînamîka kûantûmê ve tê destnîşankirin [6]. Ronahiya mijandî dê bibe sedema çêbûna hilgiran (elektron û kun). Çêbûn û veguhastina hilgiran di grafênê de ji yên di nîvconductorên kevneşopî de pir cûda ye. Ev yek grafênê ji bo alavên înduksîyona fotoelektrîkî ya ultralez pir guncan dike. Tê texmîn kirin ku alavên înduksîyona fotoelektrîkî yên bi vî rengî dikarin di frekansa 500ghz de bixebitin. Ger ew ji bo veguhestina sînyalê were bikar anîn, ew dikare di saniyeyê de 500 mîlyar sifir an yek biguhezîne, û veguhestina naveroka du dîskên Blu-ray di saniyeyekê de temam bike.
Pisporên Navenda Lêkolînê ya IBM Thomas J. Watson li Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê grafînê ji bo çêkirina cîhazên înduksîyona fotoelektrîkî yên ku dikarin bi frekansa 10GHz bixebitin bikar anîne [8]. Pêşî, perçeyên grafînê li ser substratek silîkonê ya ku bi silîkaya 300 nm stûr hatiye pêçandin bi "rêbaza qetandina teypê" hatin amadekirin, û dû re elektrodên zêr ên paladyûm an tîtanyûm bi navbera 1 mîkron û firehiya 250 nm li ser wê hatin çêkirin. Bi vî rengî, cîhazek înduksîyona fotoelektrîkî ya li ser bingeha grafînê tê bidestxistin.
Nexşeya şematîk a alavên înduksîyona fotoelektrîkî ya grafînê û wêneyên mîkroskopa elektronîk a skankirinê (SEM) ên nimûneyên rastîn. Xeta kurt a reş a di wêneyê de bi 5 mîkronan re têkildar e, û dûrahiya di navbera xetên metalî de yek mîkron e.
Bi rêya ceribandinan, lêkolîneran dît ku ev cîhaza înduksîyona fotoelektrîkî ya avahiya metalî ya grafînê dikare herî zêde bigihîje frekansa xebatê ya 16ghz, û dikare bi leza bilind di navbera dirêjahiya pêlê de ji 300 nm (nêzîkî ultraviyole) heta 6 mîkron (înfrared) bixebite, lê lûleya înduksîyona fotoelektrîkî ya kevneşopî nikare bersiva ronahiya înfrared a bi dirêjahiya pêlê ya dirêjtir bide. Frekansa xebatê ya alavên înduksîyona fotoelektrîkî ya grafînê hîn jî gelek cîh ji bo başkirinê heye. Performansa wê ya bilind dihêle ku ew xwedî perspektîfên fireh ên serîlêdanê be, di nav de ragihandin, kontrola ji dûr ve û çavdêriya jîngehê.
Wek materyalek nû bi taybetmendiyên bêhempa, lêkolînên li ser sepandina grafînê yek li dû yekê derdikevin holê. Ji bo me zehmet e ku em wan li vir rêz bikin. Di pêşerojê de, dibe ku di jiyana rojane de lûleyên bandora zeviyê yên ji grafînê, guhêrbarên molekulî yên ji grafînê û detektorên molekulî yên ji grafînê hebin… Grafîna ku hêdî hêdî ji laboratûarê derdikeve dê di jiyana rojane de bibiriqe.
Em dikarin li bendê bin ku di pêşerojeke nêzîk de hejmareke mezin ji berhemên elektronîkî yên ku grafînê bikar tînin derkevin holê. Bifikirin ka dê çiqas balkêş be ger smartphone û netbookên me dema ku nayên bikar anîn werin pêçandin, li guhên me werin girêdan, werin xistin bêrîkên me, an jî dema ku nayên bikar anîn li dora lepên me werin pêçandin!
Dema şandinê: Adar-09-2022