گرافېننىڭ ئىشلىتىلىشى نېمە؟ ئىككى قوللىنىش ئەھۋالى سىزگە گرافېننىڭ قوللىنىش ئىستىقبالىنى چۈشىنىشكە ياردەم بېرىدۇ.

2010-يىلى، گېيم ۋە نوۋوسېلوۋ گرافېن ئۈستىدە ئىشلىگەن تەتقىقاتى ئۈچۈن فىزىكا ساھەسىدە نوبېل مۇكاپاتىغا ئېرىشتى. بۇ مۇكاپات نۇرغۇن كىشىلەردە چوڭقۇر تەسىر قالدۇردى. ئاخىرىدا، ھەر بىر نوبېل مۇكاپاتى تەجرىبە قورالى يېلىملىق لېنتادەك كۆپ ئۇچرايدىغان ئەمەس، ھەمدە ھەر بىر تەتقىقات ئوبيېكتى «ئىككى ئۆلچەملىك كىرىستال» گرافېندەك سېھىرلىك ۋە چۈشىنىشلىك ئەمەس. 2004-يىلدىكى بۇ ئەسەر 2010-يىلى تارقىتىلىشى مۇمكىن، بۇ يېقىنقى يىللاردىن بۇيانقى نوبېل مۇكاپاتى رېكورتىدا ئاز ئۇچرايدۇ.

گرافېن ئىككى ئۆلچەملىك ئالتە تەرەپلىك ھەسەل شەكىللىك تورغا زىچ تىزىلغان بىر قەۋەت كاربون ئاتوملىرىدىن تەركىب تاپقان بىر خىل ماددا. ئالماس، گرافىت، فۇللېرېن، كاربون نانو تۇرۇبا ۋە ئامورف كاربونغا ئوخشاش، ئۇ كاربون ئېلېمېنتلىرىدىن تەركىب تاپقان بىر ماددا (ئاددىي ماددا). تۆۋەندىكى رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، فۇللېرېن ۋە كاربون نانو تۇرۇبا گرافېننىڭ بىر قەۋىتىدىن قانداقتۇر بىر شەكىلدە دومىلىنىپ، نۇرغۇن قەۋەت گرافېن بىلەن قاپلانغانلىقىنى كۆرگىلى بولىدۇ. ھەر خىل كاربون ئاددىي ماددىلارنىڭ (گرافىت، كاربون نانو تۇرۇبا ۋە گرافېن) خۇسۇسىيەتلىرىنى تەسۋىرلەش ئۈچۈن گرافېننى ئىشلىتىش توغرىسىدىكى نەزەرىيە تەتقىقاتى تەخمىنەن 60 يىل داۋاملاشتى، ئەمما ئادەتتە بۇنداق ئىككى ئۆلچەملىك ماتېرىياللارنىڭ يالغۇز مۇقىم مەۋجۇت بولۇشى تەس، پەقەت ئۈچ ئۆلچەملىك ئاساسىي يۈزىگە ياكى گرافىت قاتارلىق ماددىلارنىڭ ئىچىگە چاپلىنىدۇ، دەپ قارىلىدۇ. ئاندرې گېيم ۋە ئۇنىڭ ئوقۇغۇچىسى كونستانتىن نوۋوسېلوۋ 2004-يىلىغىچە گرافىتتىن بىر قەۋەت گرافېننى ئېلىپ تاشلاپ، تەجرىبە ئېلىپ بارغاندا گرافېن تەتقىقاتى يېڭى تەرەققىياتقا ئېرىشەلمىدى.

فۇللېرېن (سول تەرەپتە) ۋە كاربون نانو تۇرۇبىسى (ئوتتۇرىدا) نىڭ ھەر ئىككىسىنى بىر قەۋەت گرافېن تەرىپىدىن قانداقتۇر بىر شەكىلدە دومىلىتىلغان دەپ قاراشقا بولىدۇ، گرافېت (ئوڭ تەرەپتە) بولسا ۋان دېر ۋائالس كۈچىنىڭ ئۇلىنىشىدىن كۆپ قەۋەت گرافېن تەرىپىدىن ئۈستى-ئۈستىگە يىغىلغان.

بۈگۈنكى كۈندە، گرافېننى نۇرغۇن ئۇسۇللار بىلەن قولغا كەلتۈرگىلى بولىدۇ، ھەر خىل ئۇسۇللارنىڭ ئۆزىگە خاس ئەۋزەللىكلىرى ۋە كەمچىلىكلىرى بار. گېيم ۋە نوۋوسېلوۋ گرافېننى ئاددىي ئۇسۇلدا قولغا كەلتۈردى. ئۇلار دۇكانلاردا سېتىلىدىغان سۈزۈك لېنتا ئىشلىتىپ، يۇقىرى دەرىجىلىك پىرولىتلىق گرافېت پارچىسىدىن پەقەت بىر قەۋەت كاربون ئاتومىدىن تەركىب تاپقان گرافېن قەغىزىنى ئايرىۋالدى. بۇ قولايلىق، ئەمما كونترول قىلىش ئىقتىدارى ئۇنچە ياخشى ئەمەس، 100 مىكروندىن (مىللىمېتىرنىڭ ئوندىن بىر قىسمى) كىچىك گرافېننى پەقەت تەجرىبە ئۈچۈن ئىشلىتىشكە بولىدۇ، ئەمما ئەمەلىي قوللىنىشچان پروگراممىلاردا ئىشلىتىش تەس. خىمىيىلىك پارغا چۆكۈش مېتال يۈزىدە ئون نەچچە سانتىمېتىر چوڭلۇقتىكى گرافېن ئەۋرىشكىلىرىنى ئۆستۈرەلەيدۇ. مۇقىم يۆنىلىشلىك رايون پەقەت 100 مىكرون بولسىمۇ [3،4]، ئۇ بەزى قوللىنىشچان پروگراممىلارنىڭ ئىشلەپچىقىرىش ئېھتىياجىغا ماس كېلىدۇ. يەنە بىر كۆپ ئۇچرايدىغان ئۇسۇل كرېمنىي كاربىد (SIC) كرىستالىنى ۋاكۇئۇمدا 1100 ℃ دىن يۇقىرى قىزىتىش، شۇنداق قىلىپ يۈزىگە يېقىن كرېمنىي ئاتوملىرى پارغا ئايلىنىدۇ، قالغان كاربون ئاتوملىرى قايتا تەرتىپلىنىدۇ، بۇ ئارقىلىق ياخشى خۇسۇسىيەتكە ئىگە گرافېن ئەۋرىشكىلىرىنى ئېلىشقا بولىدۇ.

گرافېن ئۆزگىچە خۇسۇسىيەتكە ئىگە يېڭى بىر ماتېرىيال: ئۇنىڭ ئېلېكتر ئۆتكۈزۈشچانلىقى مىسقا ئوخشاش ئېسىل، ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى بولسا باشقا مەلۇم ماتېرىياللاردىن ياخشى. ئۇ ناھايىتى سۈزۈك. تىك چۈشكەن كۆرۈنگەن نۇرنىڭ پەقەت ئاز بىر قىسمى (%2.3) گرافېن تەرىپىدىن سۈمۈرۈلىدۇ، نۇرنىڭ كۆپ قىسمى ئۆتۈپ كېتىدۇ. ئۇ شۇنچە زىچكى، ھەتتا گېلىي ئاتوملىرى (ئەڭ كىچىك گاز مولېكۇلاسى)مۇ ئۆتۈپ كېتەلمەيدۇ. بۇ سېھىرلىك خۇسۇسىيەتلەر بىۋاسىتە گرافېتتىن مىراس ئەمەس، بەلكى كۋانت مېخانىكىسىدىن مىراس قالغان. ئۇنىڭ ئۆزگىچە ئېلېكتر ۋە ئوپتىكىلىق خۇسۇسىيەتلىرى ئۇنىڭ كەڭ كۆلەمدە قوللىنىلىش ئىستىقبالى بارلىقىنى بەلگىلەيدۇ.

گرافېننىڭ پەيدا بولغىنىغا ئاران ئون يىل بولغان بولسىمۇ، ئۇ نۇرغۇن تېخنىكىلىق قوللىنىشچانلىقىنى كۆرسەتتى، بۇ فىزىكا ۋە ماتېرىيال پەنلىرى ساھەسىدە ئىنتايىن ئاز ئۇچرايدۇ. ئادەتتىكى ماتېرىياللارنىڭ تەجرىبىخانىدىن ھەقىقىي تۇرمۇشقا ئۆتۈشى ئۈچۈن ئون يىلدىن ئارتۇق، ھەتتا ئون نەچچە يىل ۋاقىت كېتىدۇ. گرافېننىڭ نېمە پايدىسى بار؟ ئىككى مىسالغا قاراپ باقايلى.

يۇمشاق سۈزۈك ئېلېكترود
نۇرغۇن ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرىدە، سۈزۈك ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللارنى ئېلېكترود قىلىپ ئىشلىتىش كېرەك. ئېلېكترونلۇق سائەتلەر، ھېسابلىغۇچلار، تېلېۋىزورلار، سۇيۇق كىرىستاللىق ئېكرانلار، سېزىمچان ئېكرانلار، قۇياش ئېنېرگىيەسى تاختىلىرى ۋە باشقا نۇرغۇن ئۈسكۈنىلەر سۈزۈك ئېلېكترودلاردىن ئايرىلالمايدۇ. ئەنئەنىۋى سۈزۈك ئېلېكترود ئىندىي تۆمۈر ئوكسىد (ITO) نى ئىشلىتىدۇ. ئىندىينىڭ باھاسى يۇقىرى ۋە چەكلىك بولغاچقا، بۇ ماتېرىيال موزلۇق ۋە ئەۋرىشىمسىز بولۇپ، ئېلېكترودنى ۋاكۇئۇمنىڭ ئوتتۇرا قەۋىتىگە قويۇش كېرەك، بۇنىڭ تەننەرخى نىسبەتەن يۇقىرى. ئۇزۇن مەزگىلدىن بۇيان، ئالىملار ئۇنىڭ ئورنىنى ئالىدىغان ماتېرىيالنى تېپىشقا تىرىشىۋاتىدۇ. سۈزۈكلۈك، ياخشى ئۆتكۈزۈشچانلىق ۋە ئاسان تەييارلاش تەلىپىدىن باشقا، ئەگەر ماتېرىيالنىڭ ئۆزىنىڭ ئەۋرىشىمچانلىقى ياخشى بولسا، ئۇ «ئېلېكترونلۇق قەغەز» ياكى باشقا قاتلىنىدىغان كۆرسىتىش ئۈسكۈنىلىرىنى ياساشقا ماس كېلىدۇ. شۇڭا، ئەۋرىشىمچانلىقمۇ ناھايىتى مۇھىم بىر تەرەپ. گرافېن بۇنداق بىر ماتېرىيال بولۇپ، سۈزۈك ئېلېكترودلارغا ناھايىتى ماس كېلىدۇ.

سامسون ۋە جەنۇبىي كورېيە چېڭجۇڭگۇەن ئۇنىۋېرسىتېتىدىكى تەتقىقاتچىلار خىمىيىلىك پارغا چۆكتۈرۈش ئارقىلىق دىئاگونال ئۇزۇنلۇقى 30 دىيۇم كېلىدىغان گرافېننى قولغا كەلتۈرۈپ، ئۇنى 188 مىكرون قېلىنلىقتىكى پولىئېتىلېن تېرېفتالات (PET) پىلاستىنكىسىغا يۆتكەپ، گرافېن ئاساسلىق سېزىمچان ئېكران ھاسىل قىلدى [4]. تۆۋەندىكى رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، مىس يوپۇرماققا ئۆستۈرۈلگەن گرافېن ئالدى بىلەن ئىسسىقلىق ئايرىش لېنتىسى (كۆك رەڭلىك سۈزۈك قىسىم) بىلەن چاپلىنىدۇ، ئاندىن مىس يوپۇرماق خىمىيىلىك ئۇسۇلدا ئېرىتىلىدۇ، ئاخىرىدا گرافېن قىزىتىش ئارقىلىق PET پىلاستىنكىسىغا يۆتكىلىدۇ.

يېڭى فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە ئۈسكۈنىلىرى
گرافېننىڭ ناھايىتى ئۆزگىچە ئوپتىكىلىق خۇسۇسىيىتى بار. گەرچە پەقەت بىرلا ئاتوم قەۋىتى بولسىمۇ، ئۇ كۆرۈنگەن نۇردىن ئىنفىرا قىزىل نۇرغىچە بولغان پۈتۈن دولقۇن ئۇزۇنلۇقى دائىرىسىدە تارقىتىلغان نۇرنىڭ %2.3 نى سۈمۈرۈۋالالايدۇ. بۇ سان گرافېننىڭ باشقا ماتېرىيال پارامېتىرلىرى بىلەن ھېچقانداق مۇناسىۋىتى يوق ۋە كۋانت ئېلېكترودىنامىكىسى تەرىپىدىن بەلگىلىنىدۇ [6]. سۈمۈرۈلگەن نۇر توشۇغۇچىلارنىڭ (ئېلېكترون ۋە تۆشۈكلەرنىڭ) ھاسىل بولۇشىغا سەۋەب بولىدۇ. گرافېندىكى توشۇغۇچىلارنىڭ ھاسىل بولۇشى ۋە يۆتكىلىشى ئەنئەنىۋى يېرىم ئۆتكۈزگۈچلەردىكىدىن پەرقلىنىدۇ. بۇ گرافېننى ئىنتايىن تېز سۈرەتلىك فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە ئۈسكۈنىلىرىگە ناھايىتى ماس كېلىدۇ. بۇ خىل فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە ئۈسكۈنىلىرىنىڭ 500 گىگز چاستوتىسىدا ئىشلىشى مۇمكىنلىكى مۆلچەرلەنمەكتە. ئەگەر ئۇ سىگنال يەتكۈزۈش ئۈچۈن ئىشلىتىلسە، ئۇ سېكۇنتىغا 500 مىليارد نۆل ياكى بىرنى يەتكۈزەلەيدۇ ۋە بىر سېكۇنتتا ئىككى Blu ray دىسكىسىنىڭ مەزمۇنىنى يەتكۈزۈشنى تاماملىيالايدۇ.

ئامېرىكىدىكى IBM توماس ج. ۋاتسون تەتقىقات مەركىزىدىكى مۇتەخەسسىسلەر گرافېن ئارقىلىق 10 GHz چاستوتىدا ئىشلەيدىغان فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە ئۈسكۈنىلىرىنى ئىشلەپچىقاردى [8]. ئالدى بىلەن، «لېنتا يىرتىش ئۇسۇلى» ئارقىلىق 300 نانومېتىر قېلىنلىقتىكى كرېمنىي بىلەن قاپلانغان كرېمنىي ئاساسى ئۈستىدە گرافېن پارچىلىرى تەييارلاندى، ئاندىن ئۇنىڭ ئۈستىدە 1 مىكرون ئارىلىقى ۋە 250 نانومېتىر كەڭلىكتىكى پاللادىي ئالتۇن ياكى تىتان ئالتۇن ئېلېكترودلىرى ياسالدى. بۇ ئۇسۇل ئارقىلىق، گرافېنغا ئاساسلانغان فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە ئۈسكۈنىسى قولغا كەلتۈرۈلدى.

گرافېن فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە ئۈسكۈنىلىرى ۋە سىكانىرلاش ئېلېكترون مىكروسكوپى (SEM) نىڭ ھەقىقىي ئەۋرىشكىلەرنىڭ سۈرەتلىرىنىڭ سىخېما دىئاگراممىسى. رەسىمدىكى قارا قىسقا سىزىق 5 مىكرونغا، مېتال سىزىقلار ئارىسىدىكى ئارىلىق بىر مىكرونغا توغرا كېلىدۇ.

تەتقىقاتچىلار تەجرىبىلەر ئارقىلىق بۇ مېتال گرافېن مېتال قۇرۇلمىلىق فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە ئۈسكۈنىسىنىڭ ئەڭ كۆپ بولغاندا 16 گىگاگېرتس خىزمەت چاستوتىسىغىچە يېتەلەيدىغانلىقىنى، 300 نانومېتىر (ئۇلترابىنەفشە نۇرغا يېقىن) دىن 6 مىكرون (ئىنفىرا قىزىل نۇر) غىچە بولغان دولقۇن ئۇزۇنلۇقى دائىرىسىدە يۇقىرى سۈرئەتتە ئىشلىيەلەيدىغانلىقىنى، ئەنئەنىۋى فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە تۇرۇبىسىنىڭ ئۇزۇن دولقۇن ئۇزۇنلۇقىدىكى ئىنفىرا قىزىل نۇرغا ئىنكاس قايتۇرالمايدىغانلىقىنى بايقىدى. گرافېن فوتوئېلېكتر ئىندۇكسىيە ئۈسكۈنىسىنىڭ خىزمەت چاستوتىسى يەنىلا ياخشىلاشقا زور بوشلۇققا ئىگە. ئۇنىڭ يۇقىرى ئىقتىدارى ئۇنىڭ ئالاقە، يىراقتىن كونترول قىلىش ۋە مۇھىت كۆزىتىش قاتارلىق كەڭ دائىرىلىك قوللىنىش ئىستىقبالىغا ئىگە بولۇشىغا شارائىت ھازىرلايدۇ.

ئۆزگىچە خۇسۇسىيەتكە ئىگە يېڭى ماتېرىيال بولۇش سۈپىتى بىلەن، گرافېننىڭ قوللىنىلىشى توغرىسىدىكى تەتقىقاتلار ئارقا-ئارقىدىن پەيدا بولۇۋاتىدۇ. بۇ يەردە ئۇلارنى ساناپ ئۆتۈش تەس. كەلگۈسىدە، كۈندىلىك تۇرمۇشتا گرافېندىن ياسالغان مەيدان ئېففېكتى تۇرۇبىلىرى، گرافېندىن ياسالغان مولېكۇلا ئالماشتۇرغۇچلىرى ۋە گرافېندىن ياسالغان مولېكۇلا دېتېكتورلىرى بولۇشى مۇمكىن ... تەجرىبىخانىدىن ئاستا-ئاستا چىققان گرافېن كۈندىلىك تۇرمۇشتا پارقىرايدۇ.

بىز يېقىن كەلگۈسىدە گرافېن ئىشلىتىلگەن نۇرغۇن ئېلېكترونلۇق مەھسۇلاتلارنىڭ پەيدا بولۇشىنى كۈتسەك بولىدۇ. ئەگەر ئەقلىي تېلېفون ۋە تور بەتلىرىمىزنى ئوراپ قويساق، قۇلىقىمىزغا قىسىپ قويساق، خالتىمىزغا سېلىپ قويساق ياكى ئىشلەتمىگەندە قولىمىزغا ئوراپ قويساق، قانچىلىك قىزىقارلىق بولىدىغانلىقىنى ئويلاپ بېقىڭ!