Graphene: Da Fisica alle Applicazioni

Dott. Kostya S. Novoselov, Banco di Fisica & di Astronomia, Università di Manchester
Autore Corrispondente: kostya@manchester.ac.uk

Graphene - un livello di atomi di carbonio sistemati in una grata esagonale - è il più nuovo membro nella famiglia degli allotropi del carbonio. Sebbene il graphene isolato sia riferito per la prima volta soltanto nel 20041, i progressi che ha realizzato in questi anni sono enormi e giustamente è stato definito “il materiale di meraviglia„.

Ci sono tre aree importanti dell'eccitazione circa graphene. In Primo Luogo, è il primo esempio del cristallo atomico bidimensionale, che molto l'esistenza migliora la nostra comprensione circa la stabilità termodinamica dei sistemi basso dimensionali. Secondariamente, i beni elettronici di graphene sono molto peculiari: gli elettroni nel graphene obbediscono alla relazione di dispersione lineare (appena come i fotoni), così imitando le particelle relativistiche massless2. E infine, molti beni di graphene sono superiori a quelli in tutti i altri materiali, in modo da molto sta tentando di utilizzarla in varie applicazioni, varianti dall'elettronica ai materiali compositi.

Storicamente, è i beni elettronici che hanno attirato la maggior parte dell'attenzione. Gli Elettroni nel graphene si comportano come le particelle relativistiche massless, che governa la maggior parte dei sui beni elettronici. Probabilmente uno delle conseguenze più spettacolari di tale relazione di dispersione insolita è l'osservazione di Effetto Hall di Quantum di mezzo numero intero e dell'assenza di localizzazione2. Successivamente ha potuto essere molto importante per ai i transistor di effetto di campo basati graphene.

I cristalli di graphene potrebbero essere preparati Generalmente con molto pochi difetti (conseguenza di obbligazioni ultra forti del carbonio-carbonio), che, insieme con l'assenza di localizzazione e di alta velocità di Fermi assicurano la mobilità molto alta dei portatori di carica ed il periodo ridotto di volo nel regime balistico. I Primi prototipi dei transistor ad alta frequenza sono stati caratteristiche molto incoraggianti sviluppate di recente e dimostrate3.

Egualmente peculiari sono i beni ottici dei graphene. È stato misurato che il graphene assorbe 2,3% di luminoso4 abbastanza una frazione importante per un materiale infine sottile. Che Cosa è ancor più emozionante è il fatto che questo numero è dato solamente tramite la combinazione di costanti fondamentali4: πα (π=e/hc≈1/1372 è la costante di struttura fine). Facciala a casa, moltiplichi 3,14… per 1/137 ed otterrete qualcosa vicino a 0,023.

Tale combinazione di alta conducibilità (la resistenza di lamiera sottile di graphene verniciato può essere bassa quanto 10 Ohm) e di adsorbimento della scarsa visibilità rende a questo materiale un candidato ideale per il rivestimento conduttivo trasparente. L'utilizzazione di Graphene per questo tipo di applicazioni recentemente è stata dimostrata costruendo al il cristallo liquido basato graphene5 e le pile solari6.

Ancora, l'emissione generale di produzione di massa del graphene (fino ad oggi soltanto i campioni del graphene di ricerca-dimensione sono stati disponibili) è stata risolta per questi ordinamento delle applicazioni con l'introduzione di una tecnica novella: le pellicole sottili di ampia area dei fiocchi del graphene di micrometro-dimensione possono essere prodotte tramite sfogliatura chimica della grafite5.

Molto sta tentando di usare i beni unici di graphene per le applicazioni. Gli esempi già citati nemmeno quasi esauriscono la lista delle tecnologie che trarrebbero giovamento dal usando il graphene. Materiali compositi e rivelatori fotoelettrici, contributo agli bio--oggetti in TEM e modo-armadi per i laser ultraveloci - tutti quelli e molte altre aree guadagnerebbero forte dal usando il graphene.

L'emissione, tuttavia, era sempre la produzione di massa di questo materiale. Dai primissimi esperimenti1, la tecnica di scelta per produzione del graphene per molti ricercatori era il naïve stesso “la sbucciatura semplice di metodo1,2 del Nastro Adesivo„ - degli strati monomolecolari del graphene dalla grafite in serie con un nastro adesivo. Tuttavia, mesi recenti veduti un progresso drammatico in via di sviluppo vero delle tecniche di produzione di massa per la sintesi del graphene. Variando dalla sfogliatura chimica suddetta alla crescita epitassiale (per un esame vedi7), queste tecniche ci danno una speranza realistica che presto vederemo i prodotti basati su questo materiale bidimensionale emozionante.


Riferimento

1. Novoselov, il K.S., Geim, il A.K., Morozov, lo S.V., Jiang, il D., Zhang, il Y., Dubonos, lo S.V., Grigorieva, il I.V. & Firsov, Scienza 306, 666-669 delle Pellicole del Carbonio del A.A. “Effetto del Campo Elettrico In Atomico Assottigliano„ (2004).
2. Geim, A.K. & Novoselov, K.S. “L'Aumento Mater della Natura di Graphene„. 6, 183-191 (2007).
3. Yu-Ming Lin, Keith A. Jenkins, Alberto Valdes-Garcia, Joshua P. Small, Damon B. Farmer & Phaedon Avouris, “Funzionamento dei Transistor di Graphene alle Frequenze„ Lett Nano del 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, & la Scienza 320, 1308 di A.K. Geim “Costante di Struttura Fine Definisce la Trasparenza Visiva di Graphene„ (2008).
5. Peter Blake, Paul D. Brimicombe, Rahul R. Nair, Tim J. Booth, Da Jiang, Fred Schedin, Leonid A. Ponomarenko, Sergey V. Morozov, Helen F. Gleeson, Ernie W. Hill, Andre K. Geim, & “Lettere Nane a Unità Basata Graphene dell'A Cristallo Liquido„ di Kostya S. Novoselov 8(6) 1704 - 1708 (2008).
6. X. Wang, L. Zhi, & K. Mullen, “elettrodi Trasparenti e conduttivi del graphene per Lettere Nane delle pile solari tintura-sensibilizzate„ 8(1), 323-327 (2008)
7. A.K. Geim “Graphene: Scienza 324, 1530-1534 di Prospettive e di Stato„ (2009).

Copyright AZoNano.com, Dott. Kostya Novoselov (Università di 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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