Graphene: Da Física às Aplicações

Dr. Kostya S. Novoselov, Escola da Física & da Astronomia, Universidade de Manchester
Autor Correspondente: kostya@manchester.ac.uk

Graphene - uma camada de átomos de carbono arranjados em uma estrutura sextavada - é o membro o mais novo na família de alótropos do carbono. Embora o graphene isolado seja relatado pela primeira vez somente em 20041, o progresso que fez sobre estes anos é enorme, e foi dublado direita “o material da maravilha”.

Há três áreas principais do excitamento sobre o graphene. Em primeiro lugar, é o primeiro exemplo do cristal atômico bidimensional, que muito a existência melhora nossa compreensão sobre a estabilidade termodinâmica de sistemas baixo-dimensionais. Em Segundo Lugar, as propriedades eletrônicas do graphene são muito peculiares: os elétrons no graphene obedecem a relação de dispersão linear (apenas como fotão), assim imitando partículas relativistic massless2. E último mas não de menor importância, muitas propriedades do graphene são superiores àquelas em todos materiais restantes, assim que é muito tentador usá-la em uma variedade de aplicações, variando da eletrônica aos materiais compostos.

Historicamente, é as propriedades eletrônicas que atraíram a maioria da atenção. Os Elétrons no graphene comportam-se como partículas relativistic massless, que governa a maioria de suas propriedades eletrônicas. Provavelmente uma das conseqüências as mais espectaculares de tal relação de dispersão incomum é a observação do Quantum do metade-inteiro De efeito hall e da ausência de localização2. Mais atrasado pôde estar muito importante para transistor de efeito de campo graphene-baseados.

Geralmente os cristais do graphene poderiam ser preparados com muito poucos defeitos (conseqüência de ligações ultra fortes do carbono-carbono), que, conjuntamente com a ausência de localização e de velocidade alta de Fermi asseguram a mobilidade muito alta dos portador de carga e o curto período de tempo de vôo no regime balístico. Os Primeiros protótipos de transistor de alta freqüência têm sido desenvolvidos recentemente e características muito encorajadoras demonstradas3.

Igualmente peculiares são as propriedades ópticas dos graphene. Mediu-se que o graphene absorve 2,3% da luz4 - bastante uma fracção importante para um material finalmente fino. O Que é ainda mais emocionante é o facto de que este número está dado unicamente pela combinação de constantes fundamentais4: πα (π=e/hc≈1/1372 é a constante de estrutura fina). Faça-a em casa, multiplique-o 3,14… por 1/137 e você obterá algo perto de 0,023.

Tal combinação de condutibilidade alta (a resistência de folha do graphene lubrificado pode ser tão baixa quanto 10 Ohms) e de adsorção da luminosidade reduzida faz a este material um candidato ideal para o revestimento condutor transparente. A utilização de Graphene para este tipo de aplicações tem sido demonstrada recentemente construindo o cristal líquido e5 células solares graphene-baseados6.

Além Disso, a introdução geral da produção em massa do graphene (até que recentemente somente as amostras do graphene do pesquisa-tamanho estejam disponíveis) foi resolvida para estas meio aplicações com a introdução de uma técnica nova: os filmes finos da grande área de flocos do graphene do micrômetro-tamanho podem ser produzidos pela esfoliação química da grafite5.

É muito tentador usar as propriedades originais do graphene para aplicações. Os exemplos já mencionados nem sequer esgotam quase a lista de tecnologias que tirariam proveito de usar o graphene. Materiais e fotodetector Compostos, apoio para bio-objetos em TEM e modo-cacifos para os lasers ultrafast - todos os aqueles e muito mais áreas ganhariam fortemente de usar o graphene.

A edição, contudo, era sempre a produção em massa deste material. Desde muito as primeiras experiências1, a técnica da escolha para a produção do graphene para muitos pesquisadores era o naïve mesmo da “casca simples do método1,2 Escocês-Fita” - de monolayers do graphene da grafite maioria com uma fita adesiva. Contudo, meses recentes vistos um progresso dramático durante o processo de desenvolvimento verdadeiramente de técnicas da produção em massa para a síntese do graphene. Variando de esfoliação química acima mencionada ao crescimento epitaxial (para uma revisão veja7), estas técnicas dão-nos uma esperança realística que logo nós veremos os produtos baseados neste material bidimensional emocionante.


Referência

1. Novoselov, o K.S., Geim, o A.K., Morozov, o S.V., Jiang, o D., Zhang, o Y., Dubonos, o S.V., Grigorieva, o I.V. & Firsov, Ciência 306 dos Filmes do Carbono do A.A. “Efeito de Campo Elétrico em Atômica Diluem”, 666-669 (2004).
2. Geim, A.K. & Novoselov, K.S. “A Elevação Natureza Mater de Graphene”. 6, 183-191 (2007).
3. Yu-Ming Lin, Keith A. Jenkins, Alberto Valdes-García, Joshua P. Pequeno, Damon B. Fazendeiro & Phaedon Avouris, “Funcionamento de Transistor de Graphene em Freqüências” Lett Nano do Gigahertz., 9 (1), 422-426 (2009).
4. R.R. Nair, P. Blake, A.N. Grigorenko, K.S. Novoselov, T.J. Cabine, T. Stauber, N.M.R. Peres, & a Ciência 320 de A.K. Geim “Constante de Estrutura Fina Definem a Transparência Visual de Graphene”, 1308 (2008).
5. Peter Blake, Paul D. Brimicombe, Rahul R. Nair, Tim J. Cabine, a Dinamarca Jiang, Fred Schedin, Leonid A. Ponomarenko, Sergey V. Morozov, Helen F. Gleeson, Ernie W. Monte, Andre K. Geim, & Letras Nano do Dispositivo do Cristal Líquido de Kostya S. Novoselov “Graphene-Baseou” 8(6) 1704 - 1708 (2008).
6. X. Wang, L. Zhi, & K. Mullen, “eléctrodos Transparentes, condutores do graphene para Letras Nano das células solares tintura-sensibilizadas” 8(1), 323-327 (2008)
7. A.K. Geim “Graphene: Ciência 324 do Estado e das Perspectivas”, 1530-1534 (2009).

Copyright AZoNano.com, Dr. Kostya Novoselov (Universidade de Manchester)

Date Added: Nov 29, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:36

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