Në vitin 2010, Geim dhe Novoselov fituan çmimin Nobel në fizikë për punën e tyre në grafen.Ky çmim ka lënë një përshtypje të thellë tek shumë njerëz.Në fund të fundit, jo çdo mjet eksperimental i çmimit Nobel është aq i zakonshëm sa shirit ngjitës dhe jo çdo objekt kërkimor është aq magjik dhe i lehtë për t'u kuptuar sa grafeni "kristal dydimensional".Vepra e vitit 2004 mund të jepet në vitin 2010, gjë që është e rrallë në rekordin e çmimit Nobel në vitet e fundit.
Grafeni është një lloj lënde që përbëhet nga një shtresë e vetme e atomeve të karbonit të rregulluar ngushtë në një rrjetë gjashtëkëndore dydimensionale huall mjalti.Ashtu si diamanti, grafiti, fullereni, nanotubat e karbonit dhe karboni amorf, është një substancë (substancë e thjeshtë) e përbërë nga elementë karboni.Siç tregohet në figurën më poshtë, fullerenet dhe nanotubat e karbonit mund të shihen si të mbështjellë në një farë mënyre nga një shtresë e vetme grafeni, e cila grumbullohet nga shumë shtresa grafeni.Hulumtimi teorik mbi përdorimin e grafenit për të përshkruar vetitë e substancave të ndryshme të thjeshta të karbonit (grafit, nanotuba karboni dhe grafeni) ka zgjatur për gati 60 vjet, por përgjithësisht besohet se materiale të tilla dydimensionale është e vështirë të ekzistojnë në mënyrë të qëndrueshme vetëm. ngjitet vetëm në sipërfaqen tredimensionale të nënshtresës ose brenda substancave si grafiti.Vetëm në vitin 2004, Andre Geim dhe studenti i tij Konstantin Novoselov hoqën një shtresë të vetme grafeni nga grafiti përmes eksperimenteve që kërkimi mbi grafenin arriti një zhvillim të ri.
Si fullereni (majtas) dhe nanotubi i karbonit (në mes) mund të konsiderohen si të mbështjellë nga një shtresë e vetme grafeni në një farë mënyre, ndërsa grafiti (djathtas) grumbullohet nga shtresa të shumta grafeni 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 shirit transparent të disponueshëm në supermarkete, ata hoqën grafenin, një fletë grafiti me vetëm një shtresë atomesh karboni të trashë, nga një copë grafiti pirolitik i 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 milimetrit) mund të merret vetëm, i cili mund të përdoret për eksperimente, por është i vështirë të përdoret për praktike. aplikacionet.Depozitimi i avullit kimik mund të rritë mostra grafeni me madhësi dhjetëra centimetra në sipërfaqen e metalit.Megjithëse zona me orientim konsistent është vetëm 100 mikron [3,4], ajo ka qenë e përshtatshme për nevojat e prodhimit të disa aplikacioneve.Një metodë tjetër e zakonshme është ngrohja e kristalit të karbitit të silikonit (SIC) në më shumë se 1100 ℃ në vakum, në mënyrë që atomet e silikonit pranë sipërfaqes të avullojnë dhe atomet e mbetura të karbonit të riorganizohen, të cilat gjithashtu mund të marrin mostra grafeni me veti të mira.
Grafeni është një material i ri me veti unike: përçueshmëria e tij elektrike është po aq e shkëlqyer sa bakri dhe përçueshmëria e tij termike është më e mirë se çdo material i njohur.Është shumë transparent.Vetëm një pjesë e vogël (2.3%) e dritës së dukshme vertikale do të absorbohet nga grafeni dhe pjesa më e madhe e dritës do të kalojë.Është aq i dendur sa që edhe atomet e heliumit (molekulat më të vogla të gazit) nuk mund të kalojnë.Këto veti magjike nuk janë trashëguar drejtpërdrejt nga grafiti, por nga mekanika kuantike.Vetitë e tij unike elektrike dhe optike përcaktojnë se ai ka perspektiva të gjera aplikimi.
Megjithëse grafeni është shfaqur vetëm për më pak se dhjetë vjet, ai ka shfaqur shumë aplikime teknike, gjë që është shumë e rrallë në fushën 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 me kristal të lëngshëm, ekranet me prekje, panelet diellore dhe shumë pajisje të tjera nuk mund të lënë ekzistencën e elektrodave transparente.Elektroda tradicionale transparente përdor oksid kallaji 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, ai do të jetë i përshtatshëm për të bërë "letër elektronike" ose pajisje të tjera ekrani të palosshme.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 Samsung dhe Universiteti Chengjunguan në Korenë e Jugut morën grafen me një gjatësi diagonale prej 30 inç me depozitim kimik të avullit dhe e transferuan atë në një film polietileni tereftalat (PET) me trashësi 188 mikron për të prodhuar një ekran me prekje me bazë grafeni [4].Siç tregohet në figurën më poshtë, grafeni i rritur në fletën e bakrit lidhet fillimisht me shiritin termik të zhveshjes (pjesa transparente blu), më pas folia e bakrit shpërndahet me metodën kimike dhe në fund grafeni transferohet në filmin PET me ngrohje. .
Pajisje të reja me induksion fotoelektrik
Grafeni ka veti optike shumë unike.Edhe pse ka vetëm një shtresë atomesh, ajo mund të thithë 2.3% të dritës së emetuar në të gjithë gamën e gjatësisë së valës nga drita e dukshme 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 absorbuar do të çojë në gjenerimin e bartësve (elektrone dhe vrima).Gjenerimi dhe transporti i bartësve në grafen janë shumë të ndryshëm nga ato në gjysmëpërçuesit tradicionalë.Kjo e bën grafenin shumë të përshtatshëm për pajisjet me induksion fotoelektrik ultra të shpejtë.Është vlerësuar se një pajisje e tillë me induksion fotoelektrik mund të funksionojë në frekuencën 500 GHz.Nëse përdoret për transmetimin e sinjalit, mund të transmetojë 500 miliardë zero ose një në sekondë dhe të përfundojë transmetimin e përmbajtjes së dy disqeve Blu-ray në një sekondë.
Ekspertët nga Qendra Kërkimore IBM Thomas J. Watson në Shtetet e Bashkuara kanë përdorur grafen për të prodhuar pajisje me induksion fotoelektrik që mund të punojnë në frekuencën 10 GHz [8].Fillimisht, thekon grafeni u përgatit në një substrat silikoni të mbuluar me silicë 300 nm të trashë me "metodën e grisjes së shiritit", dhe më pas mbi të u bënë elektroda ari paladium ose ari titan me një interval prej 1 mikron dhe një gjerësi prej 250 nm.Në këtë mënyrë, fitohet një pajisje induksioni fotoelektrik me bazë grafeni.
Diagrami skematik i pajisjeve të induksionit fotoelektrik të grafenit dhe fotografive të mikroskopit elektronik të skanimit (SEM) të mostrave aktuale.Vija e shkurtër e zezë në figurë korrespondon me 5 mikronë, dhe distanca midis vijave metalike është një mikron.
Nëpërmjet eksperimenteve, studiuesit zbuluan se kjo pajisje me induksion fotoelektrik me strukturë metalike të grafenit mund të arrijë frekuencën e punës maksimumi 16 GHz dhe mund të punojë me shpejtësi të lartë në intervalin e gjatësisë së valës nga 300 nm (afër ultravjollcës) deri në 6 mikronë (infra të kuqe). tubi tradicional i induksionit fotoelektrik nuk mund t'i përgjigjet dritës infra të kuqe me gjatësi vale më të madhe.Frekuenca e punës e pajisjeve të induksionit fotoelektrik të grafenit ka ende hapësirë të madhe për përmirësim.Performanca e tij 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, kërkimet mbi aplikimin e grafenit po shfaqen njëri pas tjetrit.E kemi të vështirë t'i numërojmë këtu.Në të ardhmen, mund të ketë tuba me efekt në terren të bërë nga grafeni, çelësa molekularë të bërë nga grafeni dhe detektorë molekularë të bërë nga grafeni në jetën e përditshme… Grafeni që del gradualisht nga laboratori do të shkëlqejë në jetën e përditshme.
Ne 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 netbook-ët tanë mund të mbështilleshin, të shtrëngoheshin në veshët tanë, të futeshin në xhepa ose të mbështilleshin rreth kyçeve të dorës kur nuk i përdorim!
Koha e postimit: Mar-09-2022