Graphene: 物理学からアプリケーションへの

Kostya S. Novoselov物理学及び天文学マンチェスター大学の学校先生
対応する著者: kostya@manchester.ac.uk

Graphene - 六角形の格子で配列される炭素原子の 1 つの層 - はカーボン同素体の系列の最も新しいメンバーです。 隔離された graphene が 2004 年にだけはじめて報告されたが1、これらの年に作った進歩は巨大であり、それは正しく 「驚異材料」ダビングされました。

graphene についての興奮の 3 つの主要な領域があります。 初めに、非常に存在が低次元システムの熱力学の安定性についての私達の理解を改善する二次元の原子水晶ののは最初の例です。 2 番目に、 graphene の電子特性は非常に独特です: 従って graphene の電子は線形分散関係に (ちょうど光子のように) 従いま、 massless 相対論的な粒子をまねます2。 そして大事なことを言い忘れたが、 graphene の多くの特性は他のすべての材料のそれらより優秀です、電子工学から複合材料まで及ぶいろいろなアプリケーションでそれを使用するために従ってそれは非常に心をそそります。

従来、注意のほとんどを引き付けたのは電子特性です。 電子特性のほとんどを支配する graphene の電子は massless 相対論的な粒子のように動作します。 そのような珍しい分散関係の最も豪華な結果のおそらく 1 つはホール効果素子半整数 Quantum およびローカリゼーションの不在の観察です2。 あとでであるかもしれません電界効果トランジスタのために非常に重要 graphene ベースの。

通常 graphene の水晶はとローカリゼーションおよびフェルミの高い速度の不在と共の、電荷キャリアの非常に高い移動性および弾道政体の短い経過時間を保障する少数の欠陥 (超強いカーボンカーボン結束の結果) 非常に準備できます。 高周波トランジスターの最初プロトタイプは最近示された非常に有望な特性開発され3

また独特 graphene の光学的性質はです。 graphene がライトの 2.3% を最終的に薄い材料のための4 かなり大きい一部分かなり吸収することが測定されました。 さらにもっとエキサイティングである何がこの番号が基本的な定数の組合せによってもっぱら与えられるという事実です4: πα (π=e/hc≈1/137 は2微細構造定数です)。 それを家庭でして下さい、 1/137 によって 3.14 を…増加すれば 0.023 の近くの何かを得ます。

高い伝導性 (添加された graphene のシート抵抗は 10 オーム低い場合もあります) および微光の吸着のそのような組合せはこの材料に透過伝導性のコーティングのための理想的な候補者をします。 このタイプのアプリケーションのための Graphene の利用は graphene ベースの液晶および太陽電池の構築によって5 最近示されてしまいました6

なお、 graphene の大量生産の汎用問題はこれらのために (最近まで研究サイズの graphene のずっとサンプルだけ使用できます) 種類の新しい技術の導入とのアプリケーション解決されました: マイクロメートルサイズの graphene の薄片の大きい領域の薄膜はグラファイトの化学剥脱によって作り出すことができます5

それは非常に心をそそりますアプリケーションのために graphene の一義的な特性を使用するために。 既に述べられた例はほぼ graphene の使用から寄与する技術のリストを排出しません。 TEM の生物目的のための複合材料および光検出機構、サポートおよび超高速のレーザーのためのモードロッカー - それおよびもっとたくさんの領域は graphene の使用から強く得ますすべての。

しかし問題はこの材料の大量生産常にでした。 一番最初の実験以来1、多くの研究者のための graphene の生産のための選択の技術はまさに naïve 「スコッチテープ方法」 -1,2 粘着テープが付いているバルクグラファイトからの graphene の単一層の簡単な皮でした。 ただし、偽りなく見られる最近の月 graphene の統合のための大量生産の技術の開発の劇的な進歩。 前述の化学剥脱からエピタキシアル成長まで及んで (検討については見て下さい7)、これらの技術は私達にやがて私達がこのエキサイティングな二次元材料に基づいて製品を見るという現実的な希望を与えます。


参照

1. Novoselov、 K.S.、 Geim、 A.K.、モロゾフ、 S.V.、江、 D.、チャン、 Y.、 Dubonos、 S.V.、 Grigorieva、 I.V. 及び Firsov の A.A. 「原子的にの電界効果カーボンフィルム」の科学 306、 666-669 は薄くします (2004 年)。
2. Geim、 A.K. 及び Novoselov、 K.S. 「Graphene の上昇」の性質 Mater。 6、 183-191 (2007 年)。
3. YuMing 林、キース A. Jenkins、アルベルト Valdes ガルシア、ジョシュア P. Small、 Damon B. Farmer 及び Phaedon Avouris、 「ギガヘルツの頻度」 Nano Lett の Graphene のトランジスターの操作。、 9 (1)、 422-426 (2009 年)。
4. R.R. Nair、 P. ブレイク、 A.N. Grigorenko、 K.S. Novoselov、 T.J. Booth、 T. Stauber、 N.M.R. ペレス、及び A.K. Geim 「微細構造定数 Graphene の視覚過透性を」科学 320 1308 は定義します (2008 年)。
5. ピーターブレイク、ポール D. Brimicombe、 Rahul R. Nair、ティム J. Booth、 Da 江、フレッド Schedin、 Leonid A. Ponomarenko、 Sergey V. モロゾフ、ヘレン F. Gleeson、 Ernie W. Hill、アンドレ K. Geim、及び Kostya S. Novoselov の 「Graphene ベースの液晶装置」 Nano 文字 8(6) 1704 - 1708 (2008 年)。
6. X. Wang、 L. Zhi、及び K. Mullen、 「染料感光性を与えられた太陽電池のための透過の、伝導性の graphene の電極」の Nano 文字 8(1)、 323-327 (2008 年)
7. A.K. Geim 「Graphene: 状態および見通し」科学 324 1530-1534 (2009 年)。

、版権 AZoNano.com Kostya Novoselov (マンチェスター大学) 先生

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

Last Update: 6. August 2014 08:00

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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