Graphene: Van Fysica aan Toepassingen

Dr. Kostya S. Novoselov, School van Fysica & Astronomie, Universiteit van Manchester
Overeenkomstige auteur: kostya@manchester.ac.uk

Graphene - één laag koolstofatomen die in een hexagonaal rooster worden geschikt - is het nieuwste lid in de familie van koolstofallotropen. Hoewel geïsoleerd graphene voor het eerst slechts in 2004 werd gerapporteerd1, is de vooruitgang het over deze jaren boekte enorm, en het is terecht gesynchroniseerd het „wonder materiaal“.

Er zijn drie belangrijke gebieden van opwinding over graphene. Ten Eerste, is het het eerste voorbeeld van tweedimensionaal atoomkristal, dat het bestaan zeer ons begrip over thermodynamische stabiliteit van laag-dimensionale systemen verbetert. Ten Tweede, zijn de elektronische eigenschappen van graphene zeer eigenaardig: de elektronen in graphene voeren lineaire verspreidingsrelatie (enkel als fotonen) uit, waarbij relativistische deeltjes zonder massa worden nagebootst2. En last but not least, zijn vele eigenschappen van graphene superieur aan die in alle andere materialen, zodat is het zeer verleidend om het in een verscheidenheid van toepassingen te gebruiken, die van elektronika tot samengestelde materialen gaan.

Historisch, is het de elektronische eigenschappen die het grootste deel van aandacht aantrokken. De Elektronen in graphene gedragen zich als relativistische deeltjes zonder massa, wat het grootste deel van zijn elektronische eigenschappen regeert. Waarschijnlijk is één van de meest spectaculaire gevolgen van dergelijke ongebruikelijke verspreidingsrelatie de observatie van helft-geheel het QuantumEffect van de Zaal en het ontbreken van localisatie2. Recenter zou voor graphene-gebaseerde gebiedseffect transistors zeer belangrijk kunnen zijn.

Over Het Algemeen zouden de kristallen van graphene met zeer weinig tekorten (gevolg van ultra sterke koolstof-koolstof banden) kunnen worden voorbereid, die, samen met het ontbreken van localisatie en hoge Fermi snelheid zeer hoge mobiliteit van de lastencarriers en korte tijd van vlucht in ballistisch regime verzekeren. De Eerste prototypen van transistors met hoge frekwentie zijn onlangs ontwikkeld geweest en zeer het aanmoedigen van kenmerken aangetoond3.

Ook eigenaardig graphene zijn de optische eigenschappen. Het is gemeten die graphene 2.3% van licht vrij4 een aanzienlijke fractie voor een uiteindelijk dun materiaal absorbeert. Wat opwekkend is is het feit dat dit aantal alleen door de combinatie fundamentele constanten wordt gegeven4: πα (π=e/hc≈1/1372 is de fijne structuurconstante). Doe het thuis, vermenigvuldig 3.14… met 1/137 en u zult iets bijna 0.023 krijgen.

Dergelijke combinatie van hoog geleidingsvermogen (de bladweerstand van gesmeerd graphene kan zo laag zijn zoals 10 Ohm) en laag lichtadsorptie maakt tot dit materiaal een ideale kandidaat voor transparante geleidende deklaag. Het gebruik van Graphene voor dit type van toepassingen is onlangs aangetoond door graphene-gebaseerde vloeibare kristal en5 zonnecellen te construeren6.

Voorts is de algemene kwestie van graphenemassapproductie (tot onlangs slechts onderzoek-grootte graphene zijn de steekproeven beschikbaar geweest) opgelost voor deze soort toepassingen met de introductie van een nieuwe techniek: kunnen de groot gebieds dunne films van micrometer-grootte graphene vlokken door chemische afschilfering van grafiet worden geproduceerd5.

Het is zeer verleidend om de unieke eigenschappen van graphene voor toepassingen te gebruiken. De reeds vermelde voorbeelden putten zelfs bijna niet de lijst van technologieën uit die van het gebruiken graphene zou profiteren. Samengestelde materialen en fotodetectoren, steun voor bio-voorwerpen in TEM en wijze-kasten voor ultrasnelle lasers - die allemaal en veel meer gebieden zouden sterk bij het gebruiken graphene winnen.

De kwestie, echter, was altijd de massapproductie van dit materiaal. Sinds de allereerste experimenten1, was de techniek van keus voor grapheneproductie voor vele onderzoekers eigenlijke naïve de „methode van het Plakband“1,2 - eenvoudige schil van graphenemonolayers van bulkgrafiet met een plakband. Nochtans, recente maanden echt gezien een dramatische vooruitgang in ontwikkeling van massapproductietechnieken voor graphenesynthese. Zich Uitstrekt van voornoemde chemische afschilfering aan epitaxial groei (voor een overzicht zie7), geven deze technieken ons een realistische hoop dat wij spoedig producten zien zullen die op dit het opwekken tweedimensionale materiaal worden gebaseerd.


Verwijzing

1. Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S.V., Grigorieva, I.V. & Firsov, Wetenschap 306, 666-669 Veld van A.A. van het Effect van het „Elektrische in Atomically Dunne Films van de Koolstof“ (2004).
2. Geim, A.K. & Novoselov, K.S. de „Stijging van Graphene“ Aard Mater. 6, 183-191 (2007).
3. Yu-Ming Lin, Keith A. Jenkins, Alberto Valdes-Garcia, Joshua P. Small, Damon B. Farmer & Phaedon Avouris, „Verrichting van Transistors Graphene de Frequenties“ Nano Lett bij van het Gigahertz., 9 (1), 422-426 (2009).
4. R. Bepaalt R. Nair, P. Blake, A.N. Grigorenko, K.S. Novoselov, T.J. Booth, T. Stauber, N.M.R. Peres, Wetenschap Graphene“ 320, 1308 & van A.K. Geim de de „Fijne Constante van de Structuur Visuele Transparantie van (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, & Kostya S. Nano Brieven Novoselov van het „graphene-Gebaseerde Vloeibare Apparaat van het Kristal“ 8(6) 1704 - 1708 (2008).
6. X. Wang, L. Zhi, & K. Mullen Nano Brieven, van „Transparante, geleidende grapheneelektroden voor kleurstof-gevoelig gemaakte zonnecellen“ 8(1), 323-327 (2008)
7. A.K. Geim „Graphene: Status en Wetenschap 324, 1530-1534 van Vooruitzichten“ (2009).

Copyright AZoNano.com, Dr. Kostya Novoselov (Universiteit van Manchester)

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

Last Update: 6. August 2014 07:58

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

The opinions expressed here are the views of the writer and do not necessarily reflect the views and opinions of AZoNano.com.
Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit