banner

Wat is it gebrûk fan grafeen?Twa tapassingsgefallen litte jo it tapassingperspektyf fan grafeen begripe

Yn 2010 wûnen Geim en Novoselov de Nobelpriis foar de natuerkunde foar harren wurk oan grafeen.Dizze priis hat op in protte minsken in djippe yndruk efterlitten.Ommers, net alle Nobelpriis eksperiminteel ark is sa gewoan as adhesive tape, en net alle ûndersyk objekt is sa magysk en maklik te begripen as "twa-diminsjonale crystal" graphene.It wurk yn 2004 kin útrikt wurde yn 2010, wat seldsum is yn it rekôr fan de Nobelpriis yn de lêste jierren.

Grafeen is in soarte fan stof dy't bestiet út in inkele laach fan koalstof atomen nau gearstald yn in twadiminsjonale honingraat hexagonal rooster.Lykas diamant, grafyt, fullerene, koalstof nanotubes en amorfe koalstof, it is in stof (ienfâldige stof) gearstald út koalstof eleminten.Lykas werjûn yn 'e ûndersteande figuer, kinne fullerenen en koalstof nanotubes wurde sjoen as oprôle op ien of oare wize út in inkele laach fan graphene, dat wurdt steapele troch in protte lagen fan graphene.It teoretysk ûndersyk nei it brûken fan grafeen om de eigenskippen fan ferskate ienfâldige koalstofstoffen (grafyt, koalstofnanobuisjes en grafeen) te beskriuwen hat hast 60 jier duorre, mar it wurdt algemien leaud dat sokke twadiminsjonale materialen dreech allinich stabyl te bestean binne, allinnich hechte oan de trijediminsjonale substraat oerflak of binnen stoffen lykas grafyt.Pas yn 2004 lieten Andre Geim en syn studint Konstantin Novoselov troch eksperiminten in inkele laach grafeen fan grafyt ôf, dat it ûndersyk nei grafeen in nije ûntjouwing helle.

Sawol fullereen (links) as koalstofnanobuis (midden) kinne wurde beskôge as oprôle troch in inkele laach grafeen op ien of oare manier, wylst grafyt (rjochts) wurdt steapele troch meardere lagen fan grafeen troch de ferbining fan Van der Waals krêft.

Tsjintwurdich kin grafeen op in protte manieren krigen wurde, en ferskate metoaden hawwe har eigen foardielen en neidielen.Geim en Novoselov krigen grafeen op in ienfâldige manier.Mei help fan transparante tape beskikber yn supermerken, strippen se grafeen, in grafytblêd mei mar ien laach koalstofatomen dik, fan in stik pyrolytysk grafyt fan hege oarder.Dit is handich, mar de kontrolearberens is net sa goed, en grafeen mei in grutte fan minder dan 100 mikrons (ien tsiende fan in millimeter) kin allinich wurde krigen, dat kin brûkt wurde foar eksperiminten, mar it is lestich om te brûken foar praktyske oanfraach.Gemyske dampdeposysje kin grafeenmonsters groeie mei de grutte fan tsientallen sintimeter op it metalen oerflak.Hoewol it gebiet mei konsekwinte oriïntaasje mar 100 mikrons [3,4] is, is it geskikt foar de produksjebehoeften fan guon applikaasjes.In oare gewoane metoade is om it silisiumkarbid (SIC) kristal te ferwaarmjen oant mear as 1100 ℃ yn fakuüm, sadat de silisiumatomen tichtby it oerflak ferdampe, en de oerbleaune koalstofatomen wurde opnij ynrjochte, wat ek grafeenmonsters mei goede eigenskippen krije kinne.

Grafeen is in nij materiaal mei unike eigenskippen: syn elektryske konduktiviteit is sa poerbêst as koper, en syn termyske konduktiviteit is better dan hokker bekend materiaal.It is tige transparant.Allinnich in lyts part (2,3%) fan it fertikale ynfallende sichtbere ljocht sil wurde opnomd troch grafeen, en it grutste part fan it ljocht sil trochgean.It is sa ticht dat sels heliumatomen (de lytste gasmolekulen) der net troch kinne.Dizze magyske eigenskippen binne net direkt erfd fan grafyt, mar fan kwantummeganika.De unike elektryske en optyske eigenskippen bepale dat it brede tapassingsperspektyf hat.

Hoewol't grafeen mar minder as tsien jier ferskynd is, hat it in protte technyske tapassingen toand, wat tige seldsum is op it mêd fan natuerkunde en materiaalwittenskip.It duorret mear as tsien jier of sels desennia foar algemiene materialen om fan laboratoarium nei it echte libben te ferpleatsen.Wat is it gebrûk fan grafeen?Litte wy nei twa foarbylden sjen.

Soft transparant elektrodes
Yn in protte elektryske apparaten moatte transparante conductive materialen brûkt wurde as elektroden.Elektroanyske horloazjes, rekkenmasines, televyzjes, LCD-skermen, touchscreens, sinnepanielen en in protte oare apparaten kinne it bestean fan transparante elektroden net ferlitte.De tradisjonele transparante elektrode brûkt indium tin okside (ITO).Troch de hege priis en beheind oanbod fan indium, it materiaal is bros en gebrek oan fleksibiliteit, en de elektrodes moat wurde dellein yn 'e middelste laach fan fakuüm, en de kosten is relatyf heech.Foar in lange tiid, wittenskippers hawwe besocht te finen syn ferfanger.Neist de easken fan transparânsje, goede konduktiviteit en maklike tarieding, as de fleksibiliteit fan it materiaal sels goed is, sil it gaadlik wêze foar it meitsjen fan "elektroanysk papier" of oare opklapbere display-apparaten.Dêrom is fleksibiliteit ek in heul wichtich aspekt.Graphene is sa'n materiaal, dat is tige geskikt foar transparante elektroden.

Undersikers fan Samsung en chengjunguan Universiteit yn Súd-Korea krigen grafeen mei in diagonale lingte fan 30 inch troch gemyske dampôfsetting en oerdroegen it nei in 188 mikron dikke polyetyleentereftalaat (PET) film om in grafeen basearre touchscreen te produsearjen [4].Lykas yn 'e ûndersteande figuer te sjen is, wurdt it grafeen groeid op' e koperfolie earst bûn mei de termyske stripping tape (blau transparant diel), dan wurdt de koperfolie troch gemyske metoade oplost, en úteinlik wurdt it grafene oerbrocht nei de PET-film troch ferwaarming .

Nije fotoelektryske ynduksjeapparatuer
Graphene hat heul unike optyske eigenskippen.Hoewol't der mar ien laach atomen is, kin it 2,3% fan it útstjoerde ljocht opnimme yn it hiele golflingteberik fan sichtber ljocht oant ynfraread.Dit nûmer hat neat te krijen mei oare materiaalparameters fan grafeen en wurdt bepaald troch kwantumelektrodynamika [6].It absorbearre ljocht sil liede ta de generaasje fan dragers (elektroanen en gatten).De generaasje en ferfier fan dragers yn grafeen binne hiel oars as dy yn tradisjonele semiconductors.Dit makket grafene tige geskikt foar ultrasnelle fotoelektryske ynduksjeapparatuer.It wurdt rûsd dat sokke fotoelektryske ynduksje-apparatuer kin wurkje op 'e frekwinsje fan 500ghz.As it wurdt brûkt foar sinjaaltransmission, kin it 500 miljard nullen as ienen per sekonde ferstjoere, en de oerdracht fan 'e ynhâld fan twa Blu-ray-discs yn ien sekonde foltôgje.

Eksperts fan IBM Thomas J. Watson Research Center yn 'e Feriene Steaten hawwe grafene brûkt om fotoelektryske ynduksjeapparaten te meitsjen dy't wurkje kinne op 10GHz-frekwinsje [8].Earst waarden grafeenflokken taret op in silisiumsubstraat bedekt mei 300 nm dik silika troch "tape tearing metoade", en dêrnei waarden palladium goud of titanium gouden elektroden makke mei in ynterval fan 1 mikron en in breedte fan 250 nm.Op dizze manier wurdt in op grafeen basearre fotoelektrysk ynduksjeapparaat krigen.

Skematysk diagram fan grafene fotoelektryske ynduksje-apparatuer en skennen elektroanenmikroskoop (SEM) foto's fan werklike samples.De swarte koarte line yn 'e figuer komt oerien mei 5 mikron, en de ôfstân tusken metalen linen is ien mikron.

Troch eksperiminten fûnen de ûndersikers dat dit fotoelektryske ynduksje-apparaat fan metalen grafene-metaalstruktuer de wurkfrekwinsje fan op syn heechst 16ghz kin berikke, en kin wurkje op hege snelheid yn it golflingteberik fan 300 nm (by ultraviolet) oant 6 mikrons (ynfraread), wylst de tradisjonele fotoelektryske ynduksjebuis kin net reagearje op ynfraread ljocht mei langere golflingte.De wurkfrekwinsje fan grafene fotoelektryske ynduksje-apparatuer hat noch grutte romte foar ferbettering.Syn superieure prestaasjes makket it in breed oanbod fan tapassing perspektyfen, ynklusyf kommunikaasje, remote control en miljeu monitoring.

As in nij materiaal mei unike eigenskippen komt it ûndersyk nei de tapassing fan grafeen ien nei de oare op.It is foar ús dreech om se hjir op te neamen.Yn 'e takomst kinne d'r fjildeffektbuizen wêze makke fan grafeen, molekulêre skeakels makke fan grafeen en molekulêre detektors makke fan grafeen yn it deistich libben ... Grafeen dat stadichoan út it laboratoarium komt sil yn it deistich libben skine.

Wy kinne ferwachtsje dat in grut oantal elektroanyske produkten dy't grafene brûke, yn 'e heine takomst sille ferskine.Tink oan hoe nijsgjirrich it soe wêze as ús smartphones en netbooks koene wurde oprôle, op ús earen klemme, yn ús bûsen stoppe, of om ús polsen wikkele as net yn gebrûk!


Post tiid: Mar-09-2022