Mnamo 2010, Geim na Novoselov walishinda Tuzo la Nobel katika fizikia kwa kazi yao kwenye graphene.Tuzo hii imeacha hisia kubwa kwa watu wengi.Baada ya yote, sio kila zana ya majaribio ya Tuzo la Nobel ni ya kawaida kama mkanda wa kunama, na sio kila kitu cha utafiti ni cha kichawi na rahisi kueleweka kama graphene ya "glasi-mbili-mbili".Kazi hiyo mnamo 2004 inaweza kutolewa mnamo 2010, ambayo ni nadra katika rekodi ya Tuzo ya Nobel katika miaka ya hivi karibuni.
Graphene ni aina ya dutu inayojumuisha safu moja ya atomi za kaboni iliyopangwa kwa karibu katika safu ya asali ya pande mbili.Kama almasi, grafiti, fullerene, nanotubes kaboni na kaboni amofasi, ni dutu (dutu rahisi) inayojumuisha vipengele vya kaboni.Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini, fullerenes na nanotubes za kaboni zinaweza kuonekana zikiwa zimekunjwa kwa njia fulani kutoka kwa safu moja ya graphene, ambayo imepangwa kwa safu nyingi za graphene.Utafiti wa kinadharia juu ya utumiaji wa graphene kuelezea mali ya vitu anuwai vya kaboni rahisi (graphite, nanotubes kaboni na graphene) umedumu kwa karibu miaka 60, lakini kwa ujumla inaaminika kuwa nyenzo kama hizo zenye sura mbili ni ngumu kuishi peke yake. iliyoambatanishwa tu kwenye uso wa substrate yenye dhima tatu au vitu vya ndani kama vile grafiti.Haikuwa hadi 2004 ambapo Andre Geim na mwanafunzi wake Konstantin Novoselov walivua safu moja ya graphene kutoka kwa grafiti kupitia majaribio ambapo utafiti juu ya graphene ulipata maendeleo mapya.
Zote fullerene (kushoto) na carbon nanotube (katikati) zinaweza kuzingatiwa kuwa zinakunjwa na safu moja ya graphene kwa namna fulani, huku grafiti (kulia) ikiwa imepangwa kwa safu nyingi za graphene kupitia muunganisho wa nguvu ya van der Waals.
Siku hizi, graphene inaweza kupatikana kwa njia nyingi, na njia tofauti zina faida na hasara zao wenyewe.Geim na Novoselov walipata graphene kwa njia rahisi.Kwa kutumia mkanda wa uwazi unaopatikana katika maduka makubwa, walivua graphene, karatasi ya grafiti yenye safu moja tu ya atomi za kaboni, kutoka kwa kipande cha grafiti ya pyrolytic ya juu.Hii ni rahisi, lakini udhibiti sio mzuri sana, na graphene yenye ukubwa wa chini ya microns 100 (moja ya kumi ya millimeter) inaweza kupatikana tu, ambayo inaweza kutumika kwa majaribio, lakini ni vigumu kutumika kwa vitendo. maombi.Uwekaji wa mvuke wa kemikali unaweza kukuza sampuli za grafiti zenye ukubwa wa makumi ya sentimita kwenye uso wa chuma.Ingawa eneo lenye mwelekeo thabiti ni mikroni 100 tu [3,4], limekuwa linafaa kwa mahitaji ya uzalishaji wa baadhi ya programu.Njia nyingine ya kawaida ni kupasha joto kioo cha silicon carbudi (SIC) hadi zaidi ya 1100 ℃ katika utupu, ili atomi za silicon karibu na uso ziweze kuyeyuka, na atomi za kaboni zilizobaki zimepangwa upya, ambazo zinaweza pia kupata sampuli za graphene zenye sifa nzuri.
Graphene ni nyenzo mpya na mali ya kipekee: conductivity yake ya umeme ni bora kama shaba, na conductivity yake ya mafuta ni bora kuliko nyenzo yoyote inayojulikana.Ni wazi sana.Sehemu ndogo tu (2.3%) ya mwangaza unaoonekana wa tukio wima utafyonzwa na graphene, na mwanga mwingi utapita.Ni mnene kiasi kwamba hata atomi za heliamu (molekuli ndogo zaidi za gesi) haziwezi kupita.Sifa hizi za kichawi hazirithiwi moja kwa moja kutoka kwa grafiti, lakini kutoka kwa mechanics ya quantum.Sifa zake za kipekee za umeme na macho huamua kuwa ina matarajio mapana ya matumizi.
Ingawa graphene imeonekana kwa chini ya miaka kumi tu, imeonyesha matumizi mengi ya kiufundi, ambayo ni nadra sana katika nyanja za fizikia na sayansi ya nyenzo.Inachukua zaidi ya miaka kumi au hata miongo kadhaa kwa nyenzo za jumla kuhama kutoka kwa maabara hadi maisha halisi.Je, matumizi ya graphene ni nini?Hebu tuangalie mifano miwili.
Electrode laini ya uwazi
Katika vifaa vingi vya umeme, nyenzo za uwazi za uwazi zinahitajika kutumika kama elektroni.Saa za kielektroniki, vikokotoo, televisheni, maonyesho ya kioo kioevu, skrini za kugusa, paneli za jua na vifaa vingine vingi haviwezi kuacha kuwepo kwa electrodes ya uwazi.Electrode ya uwazi ya jadi hutumia oksidi ya bati ya indium (ITO).Kutokana na bei ya juu na ugavi mdogo wa indium, nyenzo ni brittle na ukosefu wa kubadilika, na electrode inahitaji kuwekwa kwenye safu ya kati ya utupu, na gharama ni ya juu.Kwa muda mrefu, wanasayansi wamekuwa wakijaribu kupata mbadala wake.Mbali na mahitaji ya uwazi, conductivity nzuri na maandalizi rahisi, ikiwa kubadilika kwa nyenzo yenyewe ni nzuri, itakuwa yanafaa kwa ajili ya kufanya "karatasi ya elektroniki" au vifaa vingine vya kuonyesha.Kwa hiyo, kubadilika pia ni kipengele muhimu sana.Graphene ni nyenzo hiyo, ambayo inafaa sana kwa electrodes ya uwazi.
Watafiti kutoka Samsung na Chuo Kikuu cha Chengjunguan huko Korea Kusini walipata graphene yenye urefu wa mshazari wa inchi 30 kwa uwekaji wa mvuke wa kemikali na kuihamisha hadi kwenye filamu yenye mikroni 188 nene ya polyethilini terephthalate (PET) ili kutoa skrini ya kugusa yenye msingi wa graphene [4].Kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini, graphene iliyopandwa kwenye karatasi ya shaba inaunganishwa kwanza na mkanda wa kuchua mafuta (sehemu ya uwazi ya bluu), kisha karatasi ya shaba inafutwa kwa njia ya kemikali, na hatimaye graphene huhamishiwa kwenye filamu ya PET kwa joto. .
Vifaa vipya vya induction vya photoelectric
Graphene ina mali ya kipekee ya macho.Ingawa kuna safu moja tu ya atomi, inaweza kunyonya 2.3% ya mwanga unaotolewa katika safu nzima ya mawimbi kutoka mwanga unaoonekana hadi infrared.Nambari hii haihusiani na vigezo vingine vya nyenzo za graphene na imedhamiriwa na quantum electrodynamics [6].Nuru iliyoingizwa itasababisha kizazi cha flygbolag (elektroni na mashimo).Uzalishaji na usafiri wa flygbolag katika graphene ni tofauti sana na wale walio katika semiconductors ya jadi.Hii inafanya graphene kufaa sana kwa vifaa vya utangulizi vya umeme vya haraka zaidi.Inakadiriwa kuwa vifaa vya induction vile vya photoelectric vinaweza kufanya kazi kwa mzunguko wa 500ghz.Ikiwa inatumiwa kwa upitishaji wa ishara, inaweza kusambaza sufuri bilioni 500 au moja kwa sekunde, na kukamilisha uwasilishaji wa yaliyomo kwenye diski mbili za Blu ray kwa sekunde moja.
Wataalamu kutoka Kituo cha Utafiti cha IBM Thomas J. Watson nchini Marekani wametumia graphene kutengeneza vifaa vya kuingiza picha vya umeme vinavyoweza kufanya kazi kwa masafa ya 10GHz [8].Kwanza, flakes za graphene zilitayarishwa kwenye substrate ya silicon iliyofunikwa na silika nene 300 nm na "njia ya kubomoa tepi", na kisha dhahabu ya palladium au elektroni za dhahabu za titani na muda wa micron 1 na upana wa 250 nm zilitengenezwa juu yake.Kwa njia hii, kifaa cha induction cha graphene kulingana na picha ya umeme kinapatikana.
Mchoro wa kimpango wa vifaa vya induction vya graphene photoelectric na picha za darubini ya elektroni (SEM) za sampuli halisi.Mstari fupi mweusi katika takwimu unafanana na microns 5, na umbali kati ya mistari ya chuma ni micron moja.
Kupitia majaribio, watafiti waligundua kuwa kifaa hiki cha induction ya metal graphene metal muundo wa photoelectric kinaweza kufikia masafa ya kufanya kazi ya 16ghz kabisa, na kinaweza kufanya kazi kwa kasi ya juu katika safu ya mawimbi kutoka nm 300 (karibu na ultraviolet) hadi mikroni 6 (infrared), huku bomba la kitamaduni la kuingiza umeme wa picha haliwezi kujibu mwanga wa infrared kwa urefu mrefu wa mawimbi.Mzunguko wa kufanya kazi wa vifaa vya induction vya graphene photoelectric bado ina nafasi nzuri ya uboreshaji.Utendaji wake bora unaifanya kuwa na matarajio mbalimbali ya maombi, ikiwa ni pamoja na mawasiliano, udhibiti wa kijijini na ufuatiliaji wa mazingira.
Kama nyenzo mpya iliyo na sifa za kipekee, utafiti juu ya utumiaji wa graphene unaibuka mmoja baada ya mwingine.Ni vigumu kwetu kuwahesabu hapa.Katika siku zijazo, kunaweza kuwa na mirija ya athari ya shamba iliyotengenezwa na graphene, swichi za molekuli zilizoundwa na graphene na vigunduzi vya molekuli vilivyoundwa na graphene katika maisha ya kila siku… Graphene ambayo hutoka kwa maabara polepole itaangaza katika maisha ya kila siku.
Tunaweza kutarajia kwamba idadi kubwa ya bidhaa za elektroniki kwa kutumia graphene itaonekana katika siku za usoni.Fikiria jinsi ingekuwa ya kupendeza ikiwa simu zetu mahiri na netbooks zingeweza kukunjwa, kubanwa kwenye masikio yetu, kuingizwa kwenye mifuko yetu, au kuzungushiwa viganja vyetu vya mikono wakati havitumiki!
Muda wa kutuma: Mar-09-2022