Ní ọdún 2010, Geim àti Novoselov gba ẹ̀bùn Nobel nínú fisiksi fún iṣẹ́ wọn lórí graphene. Ẹ̀bùn yìí ti fi ipa jíjinlẹ̀ sílẹ̀ lórí ọ̀pọ̀ ènìyàn. Ó ṣe tán, kìí ṣe gbogbo ohun èlò ìdánwò Nobel Prize ló wọ́pọ̀ bíi tẹ́ẹ̀pù aláwọ̀, kìí sì í ṣe gbogbo ohun ìwádìí ló jẹ́ iṣẹ́ ìyanu àti rọrùn láti lóye bí graphene “oníwọ̀n méjì” ti “crystal”. Iṣẹ́ náà ní ọdún 2004 ni a lè fún ní ẹ̀bùn ní ọdún 2010, èyí tí ó ṣọ̀wọ́n nínú àkọsílẹ̀ Nobel Prize ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí.
Graphene jẹ́ irú ohun kan tí ó ní ìpele kan ṣoṣo ti àwọn átọ̀mù erogba tí a ṣètò pọ̀ mọ́ ara wọn tí a fi oyin onígun méjì ṣe. Bíi dáyámọ́ńdì, graphite, fullerene, carbon nanotubes àti amorphous carbon, ó jẹ́ ohun kan (ohun kan tí ó rọrùn) tí a fi àwọn èròjà erogba ṣe. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán ìsàlẹ̀ yìí, a lè rí fullerenes àti carbon nanotubes bí èyí tí a yí padà ní ọ̀nà kan láti inú ìpele graphene kan ṣoṣo, èyí tí ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele graphene ti kó jọ. Ìwádìí ìmọ̀ lórí lílo graphene láti ṣàpèjúwe àwọn ànímọ́ onírúurú carbon simple substrates (graphite, carbon nanotubes àti graphene) ti pẹ́ tó fún ọdún 60, ṣùgbọ́n a gbàgbọ́ pé irú àwọn ohun èlò onígun méjì bẹ́ẹ̀ ṣòro láti wà láìsí ìdíwọ́, tí a so mọ́ ojú ilẹ̀ onígun mẹ́ta tàbí inú àwọn ohun èlò bíi graphite nìkan. Kò tó ọdún 2004 tí Andre Geim àti akẹ́kọ̀ọ́ rẹ̀ Konstantin Novoselov yọ ìpele graphene kan ṣoṣo kúrò nínú graphite nípasẹ̀ àwọn àyẹ̀wò tí ìwádìí lórí graphene fi ṣe àṣeyọrí tuntun.
A le ka fullerene (òsì) àti erogba nanotube (àárín) sí èyí tí a fi ìpele kan ṣoṣo ti graphene yípo sókè lọ́nà kan, nígbàtí a lè ka graphite (ọ̀tún) sí ìpele oríṣiríṣi ti graphene nípasẹ̀ ìsopọ̀ van der Waals force.
Lóde òní, a lè rí graphene ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀nà, àti pé onírúurú ọ̀nà ní àwọn àǹfààní àti àléébù tiwọn. Geim àti Novoselov gba graphene ní ọ̀nà tí ó rọrùn. Nípa lílo teepu tí ó hàn gbangba tí ó wà ní àwọn ilé ìtajà ńlá, wọ́n bọ́ graphene, ìwé graphite kan tí ó ní ìpele kan ṣoṣo ti àwọn átọ̀mù erogba nípọn, láti inú ègé pyrolytic graphite gíga kan. Èyí rọrùn, ṣùgbọ́n agbára ìṣàkóso kò dára tó bẹ́ẹ̀, àti graphene tí ó ní ìwọ̀n tí kò tó 100 microns (ìdá mẹ́wàá millimeter kan) nìkan ni a lè rí, èyí tí a lè lò fún àwọn àdánwò, ṣùgbọ́n ó ṣòro láti lò fún àwọn ohun èlò tí ó wúlò. Ìfipamọ́ èéfín kẹ́míkà lè mú kí àwọn àpẹẹrẹ graphene dàgbà pẹ̀lú ìwọ̀n mẹ́wàá centimeters lórí ojú irin náà. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé agbègbè tí ó ní ìtọ́sọ́nà déédé jẹ́ 100 microns nìkan [3,4], ó ti yẹ fún àwọn àìní ìṣelọ́pọ́ ti àwọn ohun èlò kan. Ọ̀nà mìíràn tí ó wọ́pọ̀ ni láti mú kí kristal silicon carbide (SIC) gbóná sí ju 1100 ℃ lọ nínú afẹ́fẹ́, kí àwọn átọ̀mù silicon tí ó wà nítòsí ojú ilẹ̀ náà lè gbẹ, kí a sì tún ṣe àtúnṣe àwọn átọ̀mù erogba tí ó kù, èyí tí ó tún lè gba àwọn àpẹẹrẹ graphene pẹ̀lú àwọn ànímọ́ rere.
Graphene jẹ́ ohun èlò tuntun kan tí ó ní àwọn ànímọ́ àrà ọ̀tọ̀: agbára ìṣiṣẹ́ rẹ̀ tóbi bí bàbà, agbára ìṣiṣẹ́ ooru rẹ̀ sì dára ju ohunkóhun tí a mọ̀ lọ. Ó hàn gbangba gan-an. Apá kékeré kan (2.3%) nínú ìmọ́lẹ̀ tí ó fara hàn ní inaro ni graphene yóò gbà, ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìmọ́lẹ̀ náà yóò sì kọjá. Ó nípọn tó bẹ́ẹ̀ tí àwọn átọ̀mù helium (àwọn molecule gaasi tí ó kéré jùlọ) pàápàá kò fi lè kọjá. Àwọn ànímọ́ idán wọ̀nyí kì í ṣe ogún tààrà láti inú graphite, ṣùgbọ́n láti inú àwọn ẹ̀rọ quantum. Àwọn ànímọ́ mànàmáná àti opitika àrà ọ̀tọ̀ rẹ̀ ló ń pinnu pé ó ní àwọn àǹfààní lílo tó gbòòrò.
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé graphene kò tíì hàn fún ọdún mẹ́wàá péré, ó ti fi ọ̀pọ̀lọpọ̀ ohun èlò ìmọ̀-ẹ̀rọ hàn, èyí tí ó ṣọ̀wọ́n gan-an ní ẹ̀ka fisiksi àti ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì ohun èlò. Ó gba ju ọdún mẹ́wàá tàbí ọ̀pọ̀ ọdún lọ kí àwọn ohun èlò gbogbogbòò tó lè yípadà láti yàrá ìwádìí sí ìgbésí ayé gidi. Kí ni graphene ń lò? Ẹ jẹ́ ká wo àpẹẹrẹ méjì.
Elektirọdu alapinfunni rirọ
Nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ ohun èlò iná mànàmáná, a nílò láti lo àwọn ohun èlò ìdarí tí ó hàn gbangba gẹ́gẹ́ bí elekitirodì. Àwọn aago ẹ̀rọ itanna, ẹ̀rọ ìṣirò, tẹlifíṣọ̀n, àwọn ìfihàn kirisita omi, àwọn ibojú ìfọwọ́kàn, àwọn páànẹ́lì oòrùn àti ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn ẹ̀rọ mìíràn kò le fi àwọn elekitirodì tí ó hàn gbangba sílẹ̀. Elekitirodì tí ó hàn gbangba ìbílẹ̀ ń lo indium tin oxide (ITO). Nítorí iye owó gíga àti ìpèsè indium tí ó lopin, ohun èlò náà jẹ́ kí ó bàjẹ́ àti àìní ìyípadà, a sì nílò láti fi elekitirodì náà sí àárín ìpele vacuum, iye owó náà sì ga díẹ̀. Fún ìgbà pípẹ́, àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ti ń gbìyànjú láti wá àfikún rẹ̀. Yàtọ̀ sí àwọn ohun tí a nílò fún ìfihàn tí ó dára, ìyípadà tí ó dára àti ìmúrasílẹ̀ tí ó rọrùn, tí ìyípadà ohun èlò náà fúnra rẹ̀ bá dára, yóò dára fún ṣíṣe “ìwé itanna” tàbí àwọn ẹ̀rọ ìfihàn mìíràn tí a lè tẹ́. Nítorí náà, ìyípadà tún jẹ́ apá pàtàkì. Graphene jẹ́ irú ohun èlò bẹ́ẹ̀, èyí tí ó dára fún àwọn elekitirodì tí ó hàn gbangba.
Àwọn olùwádìí láti Samsung àti University Chengjunguan ní South Korea gba graphene pẹ̀lú gígùn diagonal ti 30 inches nípasẹ̀ ìdènà èéfín kẹ́míkà wọ́n sì gbé e lọ sí fíìmù polyethylene terephthalate (PET) tí ó nípọn 188 micron láti ṣe ìbòjú ìfọwọ́kàn tí a fi graphene ṣe [4]. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán ìsàlẹ̀ yìí, a kọ́kọ́ so graphene tí a gbìn lórí fáìlì bàbà pọ̀ mọ́ téèpù ìtújáde ooru (apá aláwọ̀ búlúù tí ó hàn gbangba), lẹ́yìn náà a ó tú fáìlì bàbà náà kúrò nípa lílo ọ̀nà kẹ́míkà, níkẹyìn a ó gbé graphene náà sínú fíìmù PET nípa gbígbóná.
Ohun èlò ìfàmọ́ra fọ́tò-ina tuntun
Graphene ní àwọn ànímọ́ opitika àrà ọ̀tọ̀. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ìpele kan ṣoṣo ló wà ti àwọn átọ̀mù, ó lè gba 2.3% ìmọ́lẹ̀ tí a tú jáde nínú gbogbo ìwọ̀n ìgbì omi láti ìmọ́lẹ̀ tí a lè rí sí infrared. Nọ́mbà yìí kò ní í ṣe pẹ̀lú àwọn pàrámítà ohun èlò mìíràn ti graphene, a sì ń pinnu rẹ̀ nípasẹ̀ electrodynamics kuantum [6]. Ìmọ́lẹ̀ tí a fà mọ́ra yóò yọrí sí ìṣẹ̀dá àwọn ohun èlò (electrons àti ihò). Ìṣẹ̀dá àti gbigbe àwọn ohun èlò nínú graphene yàtọ̀ sí àwọn tí ó wà nínú àwọn semiconductors ìbílẹ̀. Èyí mú kí graphene dára fún àwọn ohun èlò induction photoelectric tí ó yára jù. A ṣírò pé irú ohun èlò induction photoelectric bẹ́ẹ̀ lè ṣiṣẹ́ ní ìwọ̀n 500ghz. Tí a bá lò ó fún ìfiranṣẹ́ àmì, ó lè gbé 500 billion zero tàbí one jáde fún ìṣẹ́jú-àáyá kan, kí ó sì parí ìfiranṣẹ́ àwọn ohun tí ó wà nínú àwọn disiki Blu ray méjì ní ìṣẹ́jú-àáyá kan.
Àwọn ògbóǹtarìgì láti IBM Thomas J. Watson Research Centre ní Orílẹ̀-èdè Amẹ́ríkà ti lo graphene láti ṣe àwọn ẹ̀rọ ìfàmọ́ra photoelectric tí ó lè ṣiṣẹ́ ní ìpele 10GHz [8]. Ní àkọ́kọ́, a ṣe àwọn flakes graphene lórí ohun èlò silicon tí a fi silica tí ó nípọn 300 nm bò nípa lílo “tepe teating method”, lẹ́yìn náà a ṣe àwọn electrodes wúrà palladium tàbí titanium gold pẹ̀lú àárín 1 micron àti fífẹ̀ 250 nm lórí rẹ̀. Lọ́nà yìí, a gba ẹ̀rọ ìfàmọ́ra photoelectric tí a fi graphene ṣe.
Àwòrán àwòrán ti ẹ̀rọ ìfàmọ́ra graphene photoelectric àti àwọn fọ́tò scanning electron microscope (SEM) ti àwọn àpẹẹrẹ gidi. Ìlà kúkúrú dúdú nínú àwòrán náà bá 5 microns mu, àti ìjìnnà láàrín àwọn ìlà irin jẹ́ micron kan.
Nípasẹ̀ àwọn àyẹ̀wò, àwọn olùwádìí rí i pé ẹ̀rọ ìfàmọ́ra irin graphene yìí lè dé ìwọ̀n ìṣiṣẹ́ 16ghz ní gbogbogbòò, ó sì lè ṣiṣẹ́ ní iyàrá gíga ní ìwọ̀n ìgbìnlẹ̀ láti 300 nm (nítòsí ultraviolet) sí 6 microns (infrared), nígbà tí ọ̀pá ìfàmọ́ra photoelectric àtijọ́ kò lè dáhùn sí ìmọ́lẹ̀ infrared pẹ̀lú ìwọ̀n ìgbìnlẹ̀ gígùn. Ìwọ̀n ìṣiṣẹ́ ti ẹ̀rọ ìfàmọ́ra photoelectric graphene ṣì ní àyè ńlá fún àtúnṣe. Iṣẹ́ rẹ̀ tó ga jùlọ mú kí ó ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àǹfààní ìlò, títí bí ìbánisọ̀rọ̀, ìṣàkóso latọna jijin àti ìmójútó àyíká.
Gẹ́gẹ́ bí ohun èlò tuntun pẹ̀lú àwọn ànímọ́ àrà ọ̀tọ̀, ìwádìí lórí lílo graphene ń yọjú lọ́kọ̀ọ̀kan. Ó ṣòro fún wa láti ka wọ́n níbí. Ní ọjọ́ iwájú, ó ṣeé ṣe kí àwọn ọ̀pá ipa pápá tí a fi graphene ṣe wà, àwọn ìyípadà molecular tí a fi graphene ṣe àti àwọn ohun tí a fi graphene ṣe wà nínú ìgbésí ayé ojoojúmọ́… Graphene tí ó ń jáde láti yàrá ìwádìí díẹ̀díẹ̀ yóò tàn yanran nínú ìgbésí ayé ojoojúmọ́.
A le reti pe ọpọ awọn ọja itanna ti o nlo graphene yoo han laipẹ. Ronu nipa bi yoo ti jẹ ohun ti o dun to ti awọn foonu alagbeka ati awọn netbook wa ba le di, di mọ eti wa, di sinu apo wa, tabi di mọ ọwọ wa nigbati a ko ba lo wọn!
Àkókò ìfìwéránṣẹ́: Oṣù Kẹta-09-2022