Në vitin 2010, Geim dhe Novoselov fituan izemimin Nobel në Fizikë për punën e tyre në Graphene. Ky çmim ka lënë një përshtypje të thellë për shumë njerëz. Në fund të fundit, jo çdo mjet eksperimental i izemimit Nobel është po aq i zakonshëm sa kaseta ngjitëse, dhe jo çdo objekt hulumtues është po aq magjik dhe i lehtë për t’u kuptuar sa grafeni "kristal dy-dimensional". Puna në 2004 mund të jepet në vitin 2010, e cila është e rrallë në rekordin e izemimit Nobel vitet e fundit.
Grafeni është një lloj substance që përbëhet nga një shtresë e vetme e atomeve të karbonit të rregulluar ngushtë në një grilë gjashtë-dimensionale të huallit gjashtëkëndor. Ashtu si diamanti, grafiti, Fullerene, nanotubat e karbonit dhe karboni amorf, është një substancë (substancë e thjeshtë) e përbërë nga elementë karboni. Siç tregohet në figurën më poshtë, Fullerenes dhe nanotubat e karbonit mund të shihen si të mbështjellë në një farë mënyre nga një shtresë e vetme e grafenit, e cila është e grumbulluar nga shumë shtresa të grafenit. Hulumtimi teorik mbi përdorimin e grafenit për të përshkruar vetitë e substancave të ndryshme të thjeshta të karbonit (grafit, nanotubat e karbonit dhe grafen) ka zgjatur për gati 60 vjet, por në përgjithësi besohet se materiale të tilla dy-dimensionale janë të vështira për të ekzistuar në mënyrë të qëndrueshme vetëm, bashkangjitur vetëm në sipërfaqen tre-dimensionale të substratit ose substancat brenda si grafit. Nuk ishte deri në vitin 2004 që Andre Geim dhe studenti i tij Konstantin Novoselov hoqën një shtresë të vetme të grafenit nga grafiti përmes eksperimenteve që hulumtimi mbi grafen arriti zhvillim të ri.
Të dyja Fullerene (majtas) dhe nanotubi i karbonit (i mesëm) mund të vlerësohen se janë mbështjellë nga një shtresë e vetme e grafenit në një farë mënyre, ndërsa grafiti (djathtas) është grumbulluar nga shtresa të shumta të grafenit përmes lidhjes së forcës van der Waals.
Në ditët e sotme, grafeni mund të merret në shumë mënyra, dhe metoda të ndryshme kanë avantazhet dhe disavantazhet e tyre. Geim dhe Novoselov morën grafen në një mënyrë të thjeshtë. Duke përdorur kasetë transparente të disponueshme në supermarkete, ata zhveshën grafenin, një fletë grafiti me vetëm një shtresë të atomeve të karbonit të trashë, nga një copë grafit pirolitik të rendit të lartë. Kjo është e përshtatshme, por kontrollueshmëria nuk është aq e mirë, dhe grafeni me një madhësi më të vogël se 100 mikron (një e dhjeta e një milimetri) mund të merret vetëm Aplikimet. Depozitimi i avullit kimik mund të rritet mostra të grafenit me madhësinë e dhjetëra centimetra në sipërfaqen e metaleve. Megjithëse zona me orientim të vazhdueshëm është vetëm 100 mikron [3,4], ajo ka qenë e përshtatshme për nevojat e prodhimit të disa aplikacioneve. Një metodë tjetër e zakonshme është të ngrohni kristalin e karbidit të silikonit (sic) në më shumë se 1100 ℃ në vakum, në mënyrë që atomet e silikonit afër sipërfaqes të avullojnë, dhe atomet e mbetura të karbonit të riorganizohen, të cilat gjithashtu mund të marrin mostra të grafenit me veti të mira.
Grafeni është një material i ri me veti unike: përçueshmëria e tij elektrike është po aq e shkëlqyeshme sa bakri, dhe përçueshmëria e tij termike është më e mirë se çdo material i njohur. Veryshtë shumë transparente. Vetëm një pjesë e vogël (2.3%) e dritës së dukshme të incidentit vertikal do të përthithet nga grafeni, dhe pjesa më e madhe e dritës do të kalojë. Soshtë aq e dendur sa edhe atomet e heliumit (molekulat më të vogla të gazit) nuk mund të kalojnë. Këto veti magjike nuk trashëgohen drejtpërdrejt nga grafiti, por nga mekanika kuantike. Karakteristikat e saj unike elektrike dhe optike të saj përcaktojnë se ka perspektivë të gjerë të aplikimit.
Edhe pse grafeni është shfaqur vetëm për më pak se dhjetë vjet, ajo ka treguar shumë aplikime teknike, e cila është shumë e rrallë në fushat e fizikës dhe shkencës materiale. Duhen më shumë se dhjetë vjet apo edhe dekada që materialet e përgjithshme të kalojnë nga laboratori në jetën reale. Cili është përdorimi i grafenit? Le të shohim dy shembuj.
Elektrodë e butë transparente
Në shumë pajisje elektrike, materialet përçuese transparente duhet të përdoren si elektroda. Orët elektronike, kalkulatorët, televizorët, ekranet e kristalit të lëngshëm, ekranet me prekje, panelet diellore dhe shumë pajisje të tjera nuk mund të lënë ekzistencën e elektrodave transparente. Elektroda tradicionale transparente përdor oksidin e kallajit indium (ITO). Për shkak të çmimit të lartë dhe furnizimit të kufizuar të indiumit, materiali është i brishtë dhe mungesa e fleksibilitetit, dhe elektroda duhet të depozitohet në shtresën e mesme të vakumit, dhe kostoja është relativisht e lartë. Për një kohë të gjatë, shkencëtarët janë përpjekur të gjejnë zëvendësuesin e tij. Përveç kërkesave të transparencës, përçueshmërisë së mirë dhe përgatitjes së lehtë, nëse fleksibiliteti i vetë materialit është i mirë, do të jetë i përshtatshëm për të bërë "letër elektronike" ose pajisje të tjera të ekranit të palosshëm. Prandaj, fleksibiliteti është gjithashtu një aspekt shumë i rëndësishëm. Grafeni është një material i tillë, i cili është shumë i përshtatshëm për elektroda transparente.
Studiuesit nga Universiteti Samsung dhe Chengjunguan në Korenë e Jugut morën grafen me një gjatësi diagonale prej 30 inç nga depozitimi i avullit kimik dhe e transferuan atë në një film me 188 mikron të trashë polietileni terefhtalat (PET) për të prodhuar një ekran me prekje të bazuar në grafen [4]. Siç tregohet në figurën më poshtë, grafeni i rritur në petë bakri është e lidhur së pari me shiritin e zhveshjes termike (pjesa blu transparente), atëherë petë bakri shpërndahet me metodën kimike, dhe më në fund grafeni transferohet në filmin PET duke ngrohur .
Pajisjet e reja të induksionit fotoelektrik
Grafeni ka veti optike shumë unike. Edhe pse ekziston vetëm një shtresë e atomeve, ajo mund të thithë 2.3% të dritës së emetuar në të gjithë gjatësinë e valës nga drita e dukshme deri në infra të kuqe. Ky numër nuk ka asnjë lidhje me parametrat e tjerë të materialit të grafenit dhe përcaktohet nga elektrodinamika kuantike [6]. Drita e përthithur do të çojë në gjenerimin e transportuesve (elektrone dhe vrima). Gjenerimi dhe transporti i transportuesve në grafen janë shumë të ndryshëm nga ato në gjysmëpërçuesit tradicionalë. Kjo e bën grafenin shumë të përshtatshëm për pajisjet e induksionit fotoelektrik ultrafastik. Vlerësohet se pajisjet e tilla të induksionit fotoelektrik mund të funksionojnë në frekuencën e 500GHz. Nëse përdoret për transmetimin e sinjalit, ai mund të transmetojë 500 miliardë zera ose ato për sekondë, dhe të plotësojë transmetimin e përmbajtjes së dy disqeve të rrezeve Blu në një sekondë.
Ekspertët nga IBM Thomas J. Watson Qendra e Kërkimit në Shtetet e Bashkuara kanë përdorur grafen për të prodhuar pajisje induksioni fotoelektrik që mund të funksionojnë në frekuencën 10GHz [8]. Së pari, thekon e grafenit u përgatitën në një substrat silikoni të mbuluar me silicë të trashë 300 nm me "metodë të shqyer me shirit", dhe më pas u bënë mbi të, dhe më pas u bënë elektroda prej ari ose palladiumi. Në këtë mënyrë, merret një pajisje induksioni fotoelektrik i bazuar në grafen.
Diagrami skematik i pajisjeve të induksionit fotoelektrik të grafenit dhe fotot e mikroskopit elektronik të skanimit (SEM) të mostrave aktuale. Vija e shkurtër e zezë në figurë korrespondon me 5 mikron, dhe distanca midis linjave metalike është një mikron.
Përmes eksperimenteve, studiuesit zbuluan se kjo pajisje metalike e strukturës metalike metalike e induksionit fotoelektrik mund të arrijë frekuencën e punës prej 16GHz më së shumti, dhe mund të punojë me shpejtësi të lartë në gjatësinë e valës nga 300 nm (afër ultravjollcë) në 6 mikron (infra të kuqe), ndërsa Tubi tradicional i induksionit fotoelektrik nuk mund t'i përgjigjet dritës infra të kuqe me gjatësi vale më të gjatë. Frekuenca e punës e pajisjeve të induksionit fotoelektrik të grafenit ka ende hapësirë të shkëlqyeshme për përmirësim. Performanca e saj superiore e bën atë të ketë një gamë të gjerë të perspektivave të aplikimit, duke përfshirë komunikimin, telekomandën dhe monitorimin e mjedisit.
Si një material i ri me veti unike, hulumtimi mbi aplikimin e grafenit po shfaqet njëra pas tjetrit. Shtë e vështirë për ne që t'i numërojmë këtu. Në të ardhmen, mund të ketë tuba me efekt në terren të bërë nga grafen, çelsat molekularë të bërë nga grafen dhe detektorë molekularë të bërë nga grafen në jetën e përditshme ... grafen që gradualisht del nga laboratori do të shkëlqejë në jetën e përditshme.
Mund të presim që një numër i madh i produkteve elektronike që përdorin grafen do të shfaqen në të ardhmen e afërt. Mendoni se sa interesante do të ishte nëse telefonat inteligjentë dhe netbooks tona mund të rrokulliseshin, të mbërtheheshin në veshët tanë, të mbusheshin në xhepat tanë, ose të mbështilleshin rreth kyçeve të dorës, kur nuk përdoren!
Koha e postimit: MAR-09-2022