2010 yilda Geym va Novoselov grafen ustidagi ishlari uchun fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi.Bu mukofot ko‘pchilikda chuqur taassurot qoldirdi.Axir, har bir Nobel mukofoti eksperimental vositasi yopishqoq lenta kabi keng tarqalgan emas va har bir tadqiqot ob'ekti "ikki o'lchovli kristal" grafen kabi sehrli va tushunish oson emas.2004 yildagi asar 2010 yilda berilishi mumkin, bu so'nggi yillardagi Nobel mukofoti rekordida kam uchraydi.
Grafen - ikki o'lchovli chuqurchalar olti burchakli panjaraga yaqin joylashgan uglerod atomlarining bir qatlamidan iborat moddaning bir turi.Olmos, grafit, fulleren, uglerod nanotubalari va amorf uglerod kabi u uglerod elementlaridan tashkil topgan moddadir (oddiy modda).Quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, fullerenlar va uglerod nanotubalarini ko'plab grafen qatlamlari bilan to'plangan grafenning bir qatlamidan qandaydir tarzda o'ralgan holda ko'rish mumkin.Turli xil uglerodli oddiy moddalarning (grafit, uglerod nanotubalari va grafen) xususiyatlarini tavsiflash uchun grafendan foydalanish bo'yicha nazariy tadqiqotlar qariyb 60 yil davom etdi, ammo odatda bunday ikki o'lchovli materiallarning barqaror mavjud bo'lishi qiyin, deb ishoniladi. faqat uch o'lchamli substrat yuzasiga yoki grafit kabi ichki moddalarga biriktirilgan.Faqat 2004 yilda Andre Geym va uning shogirdi Konstantin Novoselov tajribalar orqali grafitdan bir qatlamli grafenni olib tashladilar, grafen bo'yicha tadqiqotlar yangi rivojlanishga erishdi.
Fulleren (chapda) ham, uglerod nanotube ham (o'rtada) qandaydir tarzda grafenning bir qatlami bilan o'ralgan deb hisoblash mumkin, grafit (o'ngda) esa van der Vaals kuchining ulanishi orqali bir nechta grafen qatlamlari bilan biriktirilgan.
Hozirgi vaqtda grafenni ko'p usullar bilan olish mumkin va turli usullarning o'ziga xos afzalliklari va kamchiliklari mavjud.Geim va Novoselov grafenni oddiy usulda olishdi.Supermarketlarda mavjud bo'lgan shaffof lentadan foydalanib, ular yuqori tartibli pirolitik grafit bo'lagidan faqat bir qatlamli uglerod atomlari bo'lgan grafit varaqni ajratib olishdi.Bu qulay, ammo nazorat qilish qobiliyati unchalik yaxshi emas va o'lchami 100 mikrondan (millimetrning o'ndan bir qismi) kichik bo'lgan grafenni faqat tajribalar uchun ishlatish mumkin, ammo amaliy maqsadlarda foydalanish qiyin. ilovalar.Kimyoviy bug'larning cho'kishi metall yuzasida o'nlab santimetr o'lchamdagi grafen namunalarini o'sishi mumkin.Garchi izchil yo'naltirilgan maydon atigi 100 mikron [3,4] bo'lsa-da, u ba'zi ilovalarning ishlab chiqarish ehtiyojlari uchun mos edi.Yana bir keng tarqalgan usul kremniy karbid (SIC) kristalini vakuumda 1100 ℃ dan yuqori haroratgacha qizdirishdir, shunda sirt yaqinidagi kremniy atomlari bug'lanadi va qolgan uglerod atomlari qayta joylashadi, bu ham yaxshi xususiyatlarga ega grafen namunalarini olishi mumkin.
Grafen o'ziga xos xususiyatlarga ega yangi materialdir: uning elektr o'tkazuvchanligi mis kabi mukammal va issiqlik o'tkazuvchanligi har qanday ma'lum materialdan yaxshiroqdir.Bu juda shaffof.Vertikal tushayotgan ko'rinadigan yorug'likning faqat kichik bir qismi (2,3%) grafen tomonidan so'riladi va yorug'likning katta qismi o'tadi.U shunchalik zichki, hatto geliy atomlari ham (eng kichik gaz molekulalari) o'tolmaydi.Bu sehrli xususiyatlar to'g'ridan-to'g'ri grafitdan emas, balki kvant mexanikasidan meros bo'lib qolgan.Uning noyob elektr va optik xususiyatlari uning keng qo'llash istiqbollariga ega ekanligini aniqlaydi.
Grafen faqat o'n yildan kamroq vaqt davomida paydo bo'lganiga qaramay, u fizika va materialshunoslik sohalarida juda kam uchraydigan ko'plab texnik ilovalarni ko'rsatdi.Umumiy materiallarning laboratoriyadan haqiqiy hayotga o'tishi uchun o'n yildan ortiq yoki hatto o'nlab yillar kerak bo'ladi.Grafendan nima foyda?Keling, ikkita misolni ko'rib chiqaylik.
Yumshoq shaffof elektrod
Ko'pgina elektr jihozlarida elektrodlar sifatida shaffof o'tkazuvchan materiallardan foydalanish kerak.Elektron soatlar, kalkulyatorlar, televizorlar, suyuq kristall displeylar, sensorli ekranlar, quyosh panellari va boshqa ko'plab qurilmalar shaffof elektrodlarning mavjudligini tark eta olmaydi.An'anaviy shaffof elektrod indiy qalay oksidi (ITO) dan foydalanadi.Indiyning yuqori narxi va cheklangan ta'minoti tufayli material mo'rt va egiluvchanligi yo'q va elektrod vakuumning o'rta qatlamiga yotqizilishi kerak va narx nisbatan yuqori.Uzoq vaqt davomida olimlar uning o'rnini bosuvchi vositani topishga harakat qilishdi.Shaffoflik, yaxshi o'tkazuvchanlik va oson tayyorlash talablariga qo'shimcha ravishda, agar materialning moslashuvchanligi yaxshi bo'lsa, u "elektron qog'oz" yoki boshqa katlanadigan displey qurilmalarini tayyorlash uchun mos keladi.Shuning uchun moslashuvchanlik ham juda muhim jihatdir.Grafen - shaffof elektrodlar uchun juda mos bo'lgan bunday material.
Samsung va Janubiy Koreyaning Chengjunguan universiteti tadqiqotchilari kimyoviy bug'larni cho'ktirish orqali diagonali uzunligi 30 dyuym bo'lgan grafenni olishdi va grafen asosidagi sensorli ekranni ishlab chiqarish uchun uni 188 mikron qalinlikdagi polietilen tereftalat (PET) plyonkasiga o'tkazdilar [4].Quyidagi rasmda ko'rsatilganidek, mis folga ustida o'stirilgan grafen avval termal tozalovchi lenta (ko'k shaffof qism) bilan bog'lanadi, so'ngra mis folga kimyoviy usulda eritiladi va nihoyat grafen PET plyonkaga qizdiriladi. .
Yangi fotoelektrik induksion uskunalar
Grafen juda noyob optik xususiyatlarga ega.Atomlarning faqat bitta qatlami mavjud bo'lsa-da, u ko'rinadigan yorug'likdan infraqizilgacha bo'lgan butun to'lqin uzunligi oralig'ida chiqarilgan yorug'likning 2,3% ni o'zlashtira oladi.Bu raqam grafenning boshqa moddiy parametrlari bilan hech qanday aloqasi yo'q va kvant elektrodinamiği bilan aniqlanadi [6].Yutilgan yorug'lik tashuvchilarning (elektronlar va teshiklar) paydo bo'lishiga olib keladi.Grafendagi tashuvchilarning paydo bo'lishi va tashilishi an'anaviy yarimo'tkazgichlardagidan juda farq qiladi.Bu grafenni o'ta tezkor fotoelektrik indüksiyon uskunalari uchun juda mos qiladi.Taxminlarga ko'ra, bunday fotoelektrik indüksiyon uskunalari 500 gts chastotada ishlashi mumkin.Agar u signal uzatish uchun ishlatilsa, u soniyada 500 milliard nol yoki birni uzatishi va ikkita Blu-ray disklari tarkibini bir soniyada uzatishni yakunlashi mumkin.
Qo'shma Shtatlardagi IBM Tomas J. Watson tadqiqot markazi mutaxassislari grafendan 10 gigagertsli chastotada ishlay oladigan fotoelektrik induksiya qurilmalarini ishlab chiqarish uchun foydalanganlar [8].Birinchidan, 300 nm qalinlikdagi kremniy bilan qoplangan kremniy substratida grafen parchalari "lenta yirtib tashlash usuli" bilan tayyorlangan, so'ngra uning ustiga 1 mikron oralig'ida va 250 nm kenglikdagi palladiy oltin yoki titan oltin elektrodlari qilingan.Shu tarzda grafen asosidagi fotoelektrik induksiya qurilmasi olinadi.
Grafen fotoelektrik indüksiyon uskunasining sxematik diagrammasi va haqiqiy namunalarning skanerlash elektron mikroskop (SEM) fotosuratlari.Rasmdagi qora qisqa chiziq 5 mikronga to'g'ri keladi va metall chiziqlar orasidagi masofa bir mikron.
Tajribalar natijasida tadqiqotchilar ushbu metall grafenli metall konstruksiyali fotoelektrik induksion qurilma eng ko‘p 16 gts ish chastotasiga yetishi va 300 nm (ultrabinafsha nurga yaqin) dan 6 mikron (infraqizil) gacha bo‘lgan to‘lqin uzunligi oralig‘ida yuqori tezlikda ishlashi mumkinligini aniqladilar. an'anaviy fotoelektrik indüksiyon trubkasi uzunroq to'lqin uzunligi bilan infraqizil nurga javob bera olmaydi.Grafen fotoelektrik indüksiyon uskunasining ish chastotasi hali ham yaxshilanish uchun katta imkoniyatlarga ega.Uning yuqori ishlashi uni aloqa, masofadan boshqarish va atrof-muhit monitoringini o'z ichiga olgan keng ko'lamli dastur istiqbollariga ega qiladi.
Noyob xususiyatlarga ega yangi material sifatida grafenni qo'llash bo'yicha tadqiqotlar birin-ketin paydo bo'lmoqda.Bu erda ularni sanab o'tish biz uchun qiyin.Kelajakda kundalik hayotda grafendan tayyorlangan dala effektli naychalar, grafendan yasalgan molekulyar kalitlar va grafendan tayyorlangan molekulyar detektorlar paydo bo'lishi mumkin ... Laboratoriyadan asta-sekin chiqadigan grafen kundalik hayotda porlaydi.
Yaqin kelajakda grafendan foydalanadigan ko'plab elektron mahsulotlar paydo bo'lishini kutishimiz mumkin.Bir o‘ylab ko‘ring, smartfon va netbuklarimiz ishlatilmayotgan paytlarda o‘ralib, qulog‘imizga qisilib, cho‘ntagimizga solib qo‘yilsa yoki bilagimizga o‘ralsa, naqadar qiziqarli bo‘lardi!
Xabar vaqti: 09-09-2022