Graphene: Från Fysik till Applikationer

Dr. Kostya S. Novoselov, Skolar av Fysik & Astronomi, Universitetar av Manchester
Motsvarande författare: kostya@manchester.ac.uk

Graphene - ett lagrar av kolatoms som är ordnade i ett sexhörnigt galler - är den nyaste medlemmen i familjen av kolallotropes. Även Om isolerad graphene anmäldes för den första tiden endast i 20041, är framsteg som den gjorde över dessa år, jättelikt, och det höger har dubbats ”det mirakel- materiellt”.

Det finns tre ha som huvudämne områden av spänningen om graphene. Firstly är det det första exemplet av den tvådimensionella atom- kristallen, som existens förbättrar mycket vår överenskommelse om thermodynamic stabilitet av låg-dimensionella system. Secondly är den elektroniska rekvisitan av graphene mycket säregen: elektroner i graphene lyder linjärt spridningförhållande (precis lika fotoner), efterapa således massless relativistic partiklar2. Och jumbon men inte least, många rekvisita av graphene är överlägsna till de sammanlagt andra material, så den är mycket frestande att använda den i en variation av applikationer som spänner från elektronik till sammansatt material.

Historically är det den elektroniska rekvisitan som tilldrog mest av uppmärksamhet. Elektroner i graphene uppför lika massless relativistic partiklar, som reglerar mest av dess elektroniska rekvisita. Antagligen en av de mest spektakulära följderna av sådan ovanligt spridningförhållande är observationen av halva-heltalet Quantum Hall Verkställer och frånvaroen av localisationen2. Den mer sistnämnda styrkan är mycket viktig för graphene-baserat sätter in verkställer transistorer.

Allmänt kunde kristaller av graphene vara förberedda med mycket få hoppar av (följd av ultra starka kol-kol förbindelser), som, i samverkan med frånvaroen av localisation- och kickFermi hastighet ser till mycket kickrörlighet av laddningsbärarna och kort tid av flyg i ballistiskt styre. Första prototyper av kick-frekvens transistorer har varit nyutvecklade och visade mycket uppmuntrankännetecken3.

Också säregen graphenes är optiska rekvisita. Det har mätts att graphene absorberar 2,3% av ljust4 - ganska del ett ansenligt för ett ultimately tunt materiellt. Vad är även mer spännande, är faktumet att detta numrerar ger sig endast av kombinationen av grundkonstanter4: πα (π=e/hc≈1/1372 är boten strukturerar konstant). Gör den hemma, multiplicera 3,14… vid 1/137, och du ska får något nästan 0,023.

Den Sådan kombinationen av kickconductivity (täcka motstånd av dopad graphene kan vara så lågt som 10 Ohm) och låg ljus adsorption gör detta materiellt en idealkandidat för genomskinligt ledande täcka. Graphene utilisation för denna typ av applikationer har för en tid sedan visats, genom att konstruera denbaserade vätskekristallen5 och sol- celler6.

Dessutom utfärdar har generalen av graphenesamlas-produktion (tills forskning-storleksanpassa för en tid sedan endast graphene tar prov har varit tillgängligt), lösts för dessa sorterar av applikationer med inledningen av en ny teknik: tunt stort område filmar av mikrometer-storleksanpassar grapheneflingor kan produceras av kemisk exfoliation av grafiten5.

Det är mycket frestande att använda den unika rekvisitan av graphene för applikationer. De redan nämnda exemplen evakuerar inte ens nästan lista av teknologier som skulle gynnar från att använda graphene. Sammansatt material och fotodetektorer, service för bio-anmärker i TEM och funktionsläge-skåp för alla ultrafast laser - skulle når de och många mer områden starkt från att använda graphene.

Utfärda, var emellertid alltid samlas-produktionen av denna som var materiell. Sedan mycket de första experimenten1, tekniken av primat för grapheneproduktionen för många forskare var den very naïven ”Tejpmetod”1,2 - enkel skalning av graphenemonolayers från den bulk grafiten med ett bindemedel tejpar. Emellertid nya månader som riktigt ses ett dramatiskt framsteg i utveckling av samlas-produktion tekniker för graphenesyntes. Spänna från nämnd kemisk exfoliation till epitaxial tillväxt (för en granska se7), ger dessa tekniker oss ett realistiskt hopp som vi ska snart ser produkter som baserades på detta spännande tvådimensionella materiellt.


Hänvisa till

1. Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S.V., Grigorieva, I.V. & Firsov, A.A. ”Elkraft Sätter In Verkställer i Kol Filmar Atomically Thin” Vetenskap 306, 666-669 (2004).
2. Geim, A.K. & Novoselov, K.S. ”Löneförhöjningen av Graphene” Natur Mater. 6 183-191 (2007).
3. Yu-Ming Lin, Keith A. Jenkins, Alberto Valdes-Garcia, Joshua P. Liten, Damon B. Bonde & Phaedon Avouris, ”Funktion av Graphene Transistorer på GigahertzFrekvenser” Nano Lett., 9 (1), 422-426 (2009).
4. R. Definierar R. Nair, P. Blake, A.N. Grigorenko, K.S. Novoselov, T.J. Bås, T. Stauber, N.M.R. Peres & A.K. Geim ”som Fint Strukturera Konstanten, Visuellt hjälpmedelStordian av Graphene” Vetenskap 320, 1308 (2008).
5. Peter Blake, Paul D. Brimicombe, Rahul R. Nair, Tim J. Bås, Da Jiang, Fred Schedin, Leonid A. Ponomarenko, Sergey V. Morozov, Helen F. Gleeson, Ernie W. Kull, Andre K. Geim & Kostya S. Novoselov ”den Nano Graphene-Baserade Apparaten för VätskeKristallen” Märker 8(6) 1704 - 1708 (2008).
6. X. Märker Wang, L. Zhi & K. Mullen, ”Genomskinliga ledande grapheneelektroder för Nano färg-sensitized sol- celler” 8(1), 323-327 (2008)
7. A.K. Geim ”Graphene: Status- och Utsikt” Vetenskap 324, 1530-1534 (2009).

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Dr. Kostya Novoselov (Universitetar av Manchester)

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

Last Update: 6. August 2014 08:02

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