banner

Apa gunane graphene?Rong kasus aplikasi ngidini sampeyan ngerti prospek aplikasi graphene

Ing taun 2010, Geim lan Novoselov menangaké Bebungah Nobel ing fisika kanggo karyané ing graphene.Penghargaan iki wis menehi kesan sing jero kanggo akeh wong.Sawise kabeh, ora kabeh alat eksperimen Bebungah Nobel minangka umum minangka tape adhesive, lan ora saben obyek riset minangka gaib lan gampang kanggo ngerti minangka "kristal loro-dimensi" graphene.Karya ing taun 2004 bisa dianugerahi ing taun 2010, sing arang banget ana ing cathetan Hadiah Nobel ing taun-taun pungkasan.

Graphene minangka jinis zat sing kasusun saka lapisan siji atom karbon sing disusun kanthi rapet dadi kisi heksagonal honeycomb rong dimensi.Kaya inten, grafit, fullerene, karbon nanotube lan karbon amorf, iku sawijining zat (zat prasaja) sing kasusun saka unsur karbon.Minangka ditampilake ing gambar ing ngisor iki, fullerene lan karbon nanotube bisa katon minangka mbalek munggah ing sawetara cara saka lapisan siji saka graphene, kang ditumpuk dening akeh lapisan saka graphene.Panliten teoretis babagan panggunaan graphene kanggo njlèntrèhaké sifat-sifat saka macem-macem zat prasaja karbon (grafit, nanotube karbon lan graphene) wis suwene meh 60 taun, nanging umume percaya yen bahan rong dimensi kasebut angel kanggo tetep ana kanthi stabil. mung ditempelake ing lumahing substrat telung dimensi utawa ing jero bahan kayata grafit.Ora nganti taun 2004 Andre Geim lan muridé Konstantin Novoselov ngudani lapisan siji graphene saka grafit liwat eksperimen, riset babagan graphene entuk pangembangan anyar.

Fullerene (kiwa) lan karbon nanotube (tengah) bisa dianggep minangka digulung dening lapisan siji graphene ing sawetara cara, nalika grafit (tengen) ditumpuk dening sawetara lapisan saka graphene liwat sambungan saka gaya van der Waals.

Saiki, graphene bisa dipikolehi kanthi pirang-pirang cara, lan macem-macem cara duwe kaluwihan lan kekurangane dhewe.Geim lan Novoselov entuk graphene kanthi cara sing gampang.Nggunakake tape transparan kasedhiya ing supermarket, padha dilucuti graphene, sheet grafit karo mung siji lapisan saka atom karbon nglukis, saka Piece saka dhuwur-order pirolitik grafit.Iki trep, nanging kontrol ora apik, lan graphene kanthi ukuran kurang saka 100 micron (sepersepuluh milimeter) mung bisa diduweni, sing bisa digunakake kanggo eksperimen, nanging angel digunakake kanggo praktis. aplikasi.Deposisi uap kimia bisa nuwuhake conto graphene kanthi ukuran puluhan sentimeter ing permukaan logam.Senajan wilayah karo orientasi konsisten mung 100 microns [3,4], iku wis cocok kanggo kabutuhan produksi sawetara aplikasi.Cara liya sing umum yaiku panas kristal silikon karbida (SIC) nganti luwih saka 1100 ℃ ing vakum, supaya atom silikon cedhak permukaan nguap, lan atom karbon sing isih ana disusun maneh, sing uga bisa njupuk conto graphene kanthi sifat sing apik.

Graphene minangka bahan anyar kanthi sifat unik: konduktivitas listrike kaya tembaga, lan konduktivitas termal luwih apik tinimbang materi sing dikenal.Iku banget transparan.Mung bagean cilik (2,3%) saka cahya katon kedadeyan vertikal bakal diserap dening graphene, lan akeh cahya bakal liwat.Kandel banget nganti atom helium (molekul gas paling cilik) ora bisa dilewati.Sifat-sifat gaib kasebut ora diwarisake langsung saka grafit, nanging saka mekanika kuantum.Sifat listrik lan optik sing unik nemtokake manawa nduweni prospek aplikasi sing wiyar.

Sanajan graphene mung muncul kurang saka sepuluh taun, nanging wis nuduhake akeh aplikasi teknis, sing arang banget ing bidang fisika lan ilmu material.Butuh luwih saka sepuluh taun utawa malah puluhan taun kanggo bahan umum kanggo pindhah saka laboratorium kanggo urip nyata.Apa gunane graphene?Ayo goleki rong conto.

Elektroda transparan sing alus
Ing pirang-pirang peralatan listrik, bahan konduktif transparan kudu digunakake minangka elektroda.Jam elektronik, kalkulator, televisi, tampilan kristal cair, layar tutul, panel surya lan akeh piranti liyane ora bisa ninggalake elektroda transparan.Elektroda transparan tradisional nggunakake indium timah oksida (ITO).Amarga rega dhuwur lan sumber winates saka indium, materi punika brittle lan lack of keluwesan, lan elektroda kudu setor ing lapisan tengah vakum, lan biaya relatif dhuwur.Kanggo wektu sing suwe, para ilmuwan nyoba golek penggantine.Saliyane syarat transparansi, konduktivitas sing apik lan persiapan sing gampang, yen keluwesan materi kasebut apik, bakal cocog kanggo nggawe "kertas elektronik" utawa piranti tampilan sing bisa dilipat.Mulane, keluwesan uga minangka aspek sing penting banget.Graphene minangka bahan kasebut, sing cocok banget kanggo elektroda transparan.

Peneliti saka Samsung lan Universitas chengjunguan ing Korea Selatan entuk graphene kanthi dawa diagonal 30 inci kanthi deposisi uap kimia lan ditransfer menyang film polyethylene terephthalate (PET) 188 micron kanggo ngasilake layar tutul adhedhasar graphene [4].Kaya sing dituduhake ing gambar ing ngisor iki, graphene sing ditanam ing foil tembaga pisanan diikat karo tape stripping termal (bagean transparan biru), banjur foil tembaga dibubarake kanthi cara kimia, lan pungkasane graphene ditransfer menyang film PET kanthi pemanasan. .

Peralatan induksi fotolistrik anyar
Graphene nduweni sifat optik sing unik banget.Sanajan mung ana siji lapisan atom, bisa nyerep 2,3% saka cahya sing dipancarake ing kabeh dawa gelombang saka cahya sing katon nganti inframerah.Nomer iki ora ana hubungane karo parameter material graphene liyane lan ditemtokake dening elektrodinamika kuantum [6].Cahya sing diserap bakal nyebabake generasi operator (elektron lan bolongan).Generasi lan transportasi operator ing graphene beda banget karo semikonduktor tradisional.Iki nggawe graphene cocog banget kanggo peralatan induksi fotoelektrik ultracepat.Dikira peralatan induksi fotoelektrik kasebut bisa digunakake kanthi frekuensi 500ghz.Yen digunakake kanggo transmisi sinyal, bisa ngirim 500 milyar nul utawa siji per detik, lan ngrampungake transmisi isi rong cakram Blu ray ing siji detik.

Para ahli saka IBM Thomas J. Watson Research Center ing Amerika Serikat wis nggunakake graphene kanggo nggawe piranti induksi fotolistrik sing bisa digunakake ing frekuensi 10GHz [8].Kaping pisanan, serpihan graphene disiapake ing substrat silikon sing ditutupi silika kandel 300 nm kanthi "metode nyuwek tape", banjur elektroda emas palladium utawa titanium kanthi interval 1 mikron lan ambane 250 nm digawe.Kanthi cara iki, piranti induksi fotoelektrik adhedhasar graphene dijupuk.

Diagram skematis peralatan induksi fotoelektrik graphene lan foto mikroskop elektron scanning (SEM) saka sampel nyata.Garis cendhak ireng ing tokoh cocog karo 5 microns, lan jarak antarane garis logam siji micron.

Liwat eksperimen, peneliti nemokake manawa piranti induksi fotoelektrik struktur logam graphene logam iki bisa tekan frekuensi kerja paling akeh 16ghz, lan bisa kerja kanthi kecepatan dhuwur ing jarak gelombang saka 300 nm (cedhak ultraviolet) nganti 6 mikron (infra merah), nalika tabung induksi fotoelektrik tradisional ora bisa nanggapi cahya infra merah kanthi dawa gelombang sing luwih dawa.Frekuensi kerja peralatan induksi fotoelektrik graphene isih nduweni ruang sing apik kanggo perbaikan.Kinerja sing unggul ndadekake akeh prospek aplikasi, kalebu komunikasi, remot kontrol lan ngawasi lingkungan.

Minangka materi anyar kanthi sifat unik, riset babagan aplikasi graphene muncul siji-sijine.Iku angel kanggo kita enumerate ing kene.Ing mangsa ngarep, bisa uga ana tabung efek lapangan sing digawe saka graphene, saklar molekuler sing digawe saka graphene lan detektor molekuler sing digawe saka graphene ing urip saben dina… Graphene sing mboko sithik metu saka laboratorium bakal sumunar ing urip saben dina.

Kita bisa nyana yen akeh produk elektronik sing nggunakake graphene bakal katon ing mangsa ngarep.Coba pikirake carane menarik yen smartphone lan netbook kita bisa digulung, dijepit ing kuping, diiseni ing kanthong, utawa dibungkus ing bangkekan nalika ora digunakake!


Wektu kirim: Mar-09-2022