Dina taun 2010, Geim sareng Novoselov meunang Hadiah Nobel dina fisika pikeun karyana ngeunaan graphene. Pangajén ieu parantos ninggalkeun kesan anu jero pikeun seueur jalmi. Sabab, teu sadaya alat ékspérimén Hadiah Nobel sami umumna sareng pita perekat, sareng teu sadaya objék panalungtikan sami magis sareng gampang kahartosna sapertos graphene "kristal dua diménsi". Karya dina taun 2004 tiasa dileler dina taun 2010, anu jarang aya dina catetan Hadiah Nobel dina sababaraha taun ka pengker.
Graphene nyaéta hiji zat anu diwangun ku hiji lapisan atom karbon anu raket disusun kana kisi heksagonal sarang madu dua diménsi. Sapertos inten, grafit, fullerene, tabung nano karbon sareng karbon amorf, éta mangrupikeun zat (zat basajan) anu diwangun ku unsur karbon. Sakumaha anu dipidangkeun dina gambar di handap ieu, fullerene sareng tabung nano karbon tiasa katingali digulung ku sababaraha cara tina hiji lapisan graphen, anu ditumpuk ku seueur lapisan graphen. Panalungtikan téoritis ngeunaan panggunaan graphen pikeun ngajelaskeun sipat-sipat rupa-rupa zat karbon basajan (grafit, tabung nano karbon sareng graphen) parantos lumangsung ampir 60 taun, tapi sacara umum dipercaya yén bahan dua diménsi sapertos kitu hésé aya sacara stabil nyalira, ngan ukur napel kana permukaan substrat tilu diménsi atanapi di jero zat sapertos grafit. Nepi ka taun 2004 Andre Geim sareng muridna Konstantin Novoselov ngaleupaskeun hiji lapisan graphen tina grafit ngalangkungan ékspérimén yén panalungtikan ngeunaan graphen ngahontal pamekaran énggal.
Boh fullerene (kénca) jeung nanotube karbon (tengah) bisa dianggap digulung ku hiji lapisan graphene, sedengkeun grafit (katuhu) ditumpuk ku sababaraha lapisan graphene ngaliwatan sambungan gaya van der Waals.
Ayeuna, graphene tiasa didapet ku seueur cara, sareng metode anu béda-béda gaduh kaunggulan sareng kakuranganna nyalira. Geim sareng Novoselov kéngingkeun graphene ku cara anu saderhana. Nganggo pita transparan anu sayogi di supermarket, aranjeunna ngupas graphene, lambaran grafit anu ngan ukur kandel hiji lapisan atom karbon, tina sapotong grafit pirolitik orde tinggi. Ieu merenah, tapi kontrolna henteu saé, sareng graphene kalayan ukuran kirang ti 100 mikron (sapersapuluh milimeter) ngan ukur tiasa didapet, anu tiasa dianggo pikeun ékspérimén, tapi hésé dianggo pikeun aplikasi praktis. Déposisi uap kimiawi tiasa numuwuhkeun sampel graphene kalayan ukuran puluhan séntiméter dina permukaan logam. Sanaos daérah kalayan orientasi anu konsisten ngan ukur 100 mikron [3,4], éta parantos cocog pikeun kabutuhan produksi sababaraha aplikasi. Métode umum anu sanés nyaéta manaskeun kristal silikon karbida (SIC) dugi ka langkung ti 1100 ℃ dina vakum, supados atom silikon caket permukaan nguap, sareng atom karbon sésana disusun ulang, anu ogé tiasa kéngingkeun sampel graphene kalayan sipat anu saé.
Graphene nyaéta bahan anyar anu mibanda sipat unik: konduktivitas listrikna sami saéna sareng tambaga, sareng konduktivitas termalna langkung saé tibatan bahan anu dipikanyaho. Éta transparan pisan. Ngan sabagian leutik (2,3%) tina cahaya anu katingali anu datang sacara vertikal anu bakal diserep ku graphene, sareng kaseueuran cahaya bakal nembus. Éta padet pisan sahingga atom hélium (molekul gas pangleutikna) henteu tiasa nembus. Sipat magis ieu henteu langsung diwariskeun tina grafit, tapi tina mékanika kuantum. Sipat listrik sareng optikna anu unik nangtukeun yén éta gaduh prospek aplikasi anu lega.
Sanaos graphene ngan ukur muncul kirang ti sapuluh taun, éta parantos nunjukkeun seueur aplikasi téknis, anu jarang pisan dina widang fisika sareng élmu matéri. Butuh langkung ti sapuluh taun atanapi bahkan puluhan taun pikeun bahan umum pindah ti laboratorium ka kahirupan nyata. Naon gunana graphene? Hayu urang tingali dua conto.
Éléktroda transparan lemes
Dina seueur alat listrik, bahan konduktif transparan kedah dianggo salaku éléktroda. Jam tangan éléktronik, kalkulator, televisi, tampilan kristal cair, layar rampa, panel surya sareng seueur alat sanésna henteu tiasa ngantunkeun ayana éléktroda transparan. Éléktroda transparan tradisional nganggo indium timah oksida (ITO). Kusabab harga anu mahal sareng pasokan indium anu terbatas, bahanna rapuh sareng kurang fléksibel, sareng éléktroda kedah disimpen dina lapisan tengah vakum, sareng biayana relatif luhur. Salila ieu, para ilmuwan parantos nyobian milarian gaganti na. Salian ti sarat transparansi, konduktivitas anu saé sareng persiapan anu gampang, upami fléksibel bahan éta sorangan saé, éta bakal cocog pikeun ngadamel "kertas éléktronik" atanapi alat tampilan anu tiasa dilipet anu sanés. Ku alatan éta, fléksibel ogé mangrupikeun aspék anu penting pisan. Graphene mangrupikeun bahan sapertos kitu, anu cocog pisan pikeun éléktroda transparan.
Para panalungtik ti Samsung sareng Universitas chengjunguan di Koréa Kidul kéngingkeun graphene kalayan panjang diagonal 30 inci ku cara déposisi uap kimia sareng mindahkeunana kana pilem polietilen tereftalat (PET) kandel 188 mikron pikeun ngahasilkeun layar rampa dumasar graphene [4]. Sakumaha anu dipidangkeun dina gambar di handap ieu, graphene anu dipelak dina foil tambaga mimitina dihijikeun ku pita stripping termal (bagian transparan biru), teras foil tambaga dilarutkeun ku metode kimia, sareng pamustunganana graphene dipindahkeun kana pilem PET ku cara dipanaskeun.
Peralatan induksi fotolistrik anyar
Graphene mibanda sipat optik anu unik pisan. Sanaos ngan aya hiji lapisan atom, éta tiasa nyerep 2,3% tina cahaya anu dipancarkeun dina sakumna rentang panjang gelombang ti cahaya anu katingali dugi ka infra red. Angka ieu teu aya hubunganana sareng parameter bahan graphene anu sanés sareng ditangtukeun ku éléktrodinamika kuantum [6]. Cahaya anu diserep bakal nyababkeun generasi operator (éléktron sareng liang). Generasi sareng transportasi operator dina graphene béda pisan sareng anu aya dina semikonduktor tradisional. Ieu ngajantenkeun graphene cocog pisan pikeun alat induksi fotoéléktrik ultrafast. Diperkirakeun yén alat induksi fotoéléktrik sapertos kitu tiasa dianggo dina frékuénsi 500ghz. Upami dianggo pikeun transmisi sinyal, éta tiasa ngirimkeun 500 milyar nol atanapi hiji per detik, sareng ngalengkepan transmisi eusi dua cakram Blu ray dina hiji detik.
Para ahli ti IBM Thomas J. Watson Research Centre di Amérika Serikat parantos nganggo graphene pikeun ngadamel alat induksi fotolistrik anu tiasa dianggo dina frékuénsi 10GHz [8]. Mimitina, serpihan graphene disiapkeun dina substrat silikon anu ditutupan ku silika kandel 300 nm ku "metode sobek pita", teras éléktroda emas paladium atanapi emas titanium kalayan interval 1 mikron sareng lébar 250 nm didamel di dinya. Ku cara kieu, alat induksi fotolistrik berbasis graphene diala.
Diagram skematis alat induksi fotolistrik grafén sareng poto mikroskop éléktron scanning (SEM) tina sampel anu saleresna. Garis pondok hideung dina gambar éta sami sareng 5 mikron, sareng jarak antara garis logam nyaéta hiji mikron.
Ngaliwatan ékspérimén, para panalungtik mendakan yén alat induksi fotoéléktrik struktur logam graphene ieu tiasa ngahontal frékuénsi kerja maksimal 16ghz, sareng tiasa dianggo dina kecepatan tinggi dina rentang panjang gelombang ti 300 nm (deukeut ultraviolét) dugi ka 6 mikron (infra red), sedengkeun tabung induksi fotoéléktrik tradisional henteu tiasa ngaréspon cahaya infra red kalayan panjang gelombang anu langkung panjang. Frékuénsi kerja alat induksi fotoéléktrik graphene masih gaduh rohangan anu ageung pikeun ningkat. Kinerja anu unggul ngajantenkeun alat ieu ngagaduhan rupa-rupa prospek aplikasi, kalebet komunikasi, kadali jarak jauh sareng pangawasan lingkungan.
Salaku bahan anyar anu mibanda sipat-sipat unik, panalungtikan ngeunaan aplikasi graphene terus muncul. Hésé pikeun urang pikeun ngadaptarkeunana di dieu. Engké, tiasa aya tabung éfék médan anu didamel tina graphene, saklar molekuler anu didamel tina graphene sareng detektor molekuler anu didamel tina graphene dina kahirupan sapopoe… Graphene anu laun-laun kaluar ti laboratorium bakal caang dina kahirupan sapopoe.
Urang tiasa ngarepkeun yén sajumlah ageung produk éléktronik anu nganggo graphene bakal muncul dina waktos anu caket. Bayangkeun kumaha pikaresepeunna upami telepon pinter sareng netbook urang tiasa digulung, dijepit dina ceuli urang, diselapkeun dina saku urang, atanapi dililitkeun dina pigeulang urang nalika henteu dianggo!
Waktos posting: Mar-09-2022