Graphene : De la Physique aux Applications

M. Kostya S. Novoselov, École de la Physique et de l'Astronomie, Université de Manchester
Auteur Correspondant : kostya@manchester.ac.uk

Graphene - une couche d'atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal - est le membre le plus neuf dans la famille des formes allotropiques de carbone. Bien Que le graphene d'isolement ait été enregistré pour la première fois seulement en 20041, le progrès qu'il a accompli sur ces années est énorme, et ce correctement a été aboubé « le matériau de merveille ».

Il y a trois zones importantes d'excitation au sujet de graphene. Premièrement, c'est le premier cas du cristal atomique bidimensionnel, que très l'existence améliore notre compréhension au sujet de la stabilité thermo-dynamique des systèmes faible-dimensionnels. Deuxièmement, les propriétés électroniques du graphene sont très particulières : les électrons dans le graphene obéissent le rapport de dispersion linéaire (juste comme des photons), de ce fait imitant les particules relativistes sans masse2. Et enfin et surtout, beaucoup de propriétés de graphene sont supérieures à ceux en tous autres matériaux, ainsi il tente très de l'utiliser dans un grand choix d'applications, s'échelonnant de l'électronique aux matériaux composites.

Historiquement, c'est les propriétés électroniques qui ont attiré la majeure partie d'attention. Les Électrons dans le graphene se comportent comme les particules relativistes sans masse, qui régit la plupart de ses propriétés électroniques. Probablement un des conséquences les plus spectaculaires d'un tel rapport de dispersion inhabituel est l'observation du moitié-entier Quantum À effet Hall et de l'absence de la localisation2. Plus pourrait être très important pour les transistors à effet de champ graphene-basés plus tard.

Généralement des cristaux du graphene pourraient être préparés avec très peu de défauts (conséquence des obligations ultra intenses de carbone-carbone), qui, conjointement avec l'absence de la vitesse de Fermi de localisation et de haut assurent la mobilité très élevée des porteurs de charge et la courte durée du vol dans le régime ballistique. Les Premiers prototypes des transistors à haute fréquence ont été des caractéristiques très d'une manière encourageante développées récemment et expliquées3.

Également particulières sont les propriétés optiques des graphene. On l'a mesuré que le graphene absorbe 2,3% de la lumière4 - bien une importante fraction pour un matériau éventuel mince. Ce Qui est plus excitant est le fait que ce numéro est donné seulement par la combinaison des constantes principales4: πα (π=e/hc≈1/1372 est la constante de structure fine). Faites-la à l'intérieur des frontières, multipliez 3,14… par 1/137 et vous obtiendrez quelque chose de près de 0,023.

Une Telle combinaison de la conductivité élevée (la résistance de feuille du graphene dopé peut être aussi faible que 10 Ohms) et de l'adsorption de faible luminosité effectue à ce matériau un candidat idéal pour la couche conductrice transparente. L'utilisation de Graphene pour ce type d'applications a été récent expliquée en construisant le cristal liquide graphene-basé5 et les piles solaires6.

En Outre, le problème général de la production en série de graphene (jusque récemment seulement les échantillons de graphene de recherche-taille ont été disponibles) a été résolu pour ces derniers tri des applications avec l'introduction d'une technique nouvelle : des films minces de vaste zone des éclailles de graphene de micromètre-taille peuvent être produits par exfoliation chimique de graphite5.

Il tente très d'utiliser les seules propriétés du graphene pour des applications. Les exemples déjà mentionnés n'épuisent pas même presque la liste de technologies qui tireraient bénéfice d'utiliser le graphene. Matériaux composites et détecteurs photoélectriques, soutien des bio-objectifs dans TEM et mode-casiers pour les lasers ultra-rapides - tous ceux et beaucoup plus de zones gagneraient fortement d'utiliser le graphene.

La délivrance, cependant, était toujours la production en série de ce matériau. Depuis les toutes premières expériences1, la technique du choix pour la production de graphene pour beaucoup de chercheurs était le naïve même écaillement simple « de méthode1,2 de Ruban Adhésif » - des couches unitaires de graphene de graphite en vrac avec un ruban adhésif. Cependant, mois récents vus un progrès excessif à l'étude véritable des techniques de production en série pour la synthèse de graphene. S'échelonnant de l'exfoliation chimique mentionné ci-dessus à la croissance épitaxiale (pour une révision voyez7), ces techniques nous donnent un espoir réaliste que bientôt nous verrons des produits basés sur ce matériau bidimensionnel passionnant.


Référence

1. Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S.V., Grigorieva, I.V. et Firsov, la Science 306, 666-669 Amincissent de Carbone d'A.A. « Effet de Champ Électrique dans Atomique Films » (2004).
2. Geim, A.K. et Novoselov, K.S. « L'Augmentation Mère de Nature de Graphene ». 6, 183-191 (2007).
3. Yu-Ming Lin, Keith A. Jenkins, Alberto Valdes-Garcia, Joshua P. Small, Damon B. Farmer et Phaedon Avouris, « Fonctionnement des Transistors de Graphene aux Fréquences » Lett Nano de Gigahertz., 9 (1), 422-426 (2009).
4. R.R. Nair, P. Blake, A.N. Grigorenko, K.S. Novoselov, T.J. Booth, T. Stauber, N.M.R. Peres, et Science 320, 1308 d'A.K. Geim la « Constante de Structure Fine Définit la Transparence Visuelle de Graphene » (2008).
5. Peter Blake, Paul D. Brimicombe, Rahul R. Nair, Tim J. Booth, Danemark Jiang, Fred Schedin, Leonid A. Ponomarenko, Sergey V. Morozov, Hélène F. Gleeson, Ernie W. Hill, André K. Geim, et Nano « de Dispositif Graphene-Basé de Cristal Liquide » de Kostya S. Novoselov Marque Avec Des Lettres 8(6) 1704 - 1708 (2008).
6. X. Wang, L. Zhi, et K. Mullen, « électrodes Transparentes et conductrices de graphene Lettres de Nano pour piles solaires teinture-sensibilisées » 8(1), 323-327 (2008)
7. A.K. Geim « Graphene : Science 324, 1530-1534 de Mode et d'Espérances la » (2009).

Droit d'auteur AZoNano.com, M. Kostya Novoselov (Université de Manchester)

Date Added: Nov 29, 2009 | Updated: Aug 6, 2014

Last Update: 6. August 2014 07:59

Comments
  1. borrowtest teja borrowtest teja United Kingdom says:

    Excellent primer. For an understanding of applications of graphene inks see thishttp://www.slideshare.net/VishnuChundi/feasibility-of-graphene-inks-in-printed-electronics-v5

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