Graphene : 从物理到应用

Kostya S. Novoselov物理 & 天文曼彻斯特大学学校博士
对应的作者: kostya@manchester.ac.uk

Graphene - 碳原子一块层在一个六角格子安排的 - 是碳同素异形体系列的最新的成员。 虽然它在这些岁月期间取得的查出的 graphene1 在 2004年第一次仅报告了,进展是极大的,并且它正确取了绰号 “奇迹材料”。

有兴奋三主要区关于 graphene 的。 首先,它是二维基本水晶的第一个示例,非常存在改进我们的关于低尺寸系统的热力学稳定性的了解。 其次, graphene 电子属性是非常奇怪的: 在 graphene 的电子服从线性色散关系 (象光子),因而仿造无质量的相对论性的微粒2。 并且最后但不是最不重要的, graphene 许多属性在那些是优越在其他材料,因此它是非常吸引使用它在各种各样的应用,范围从电子到合成材料。

历史上,它是受到大多数注意的电子属性。 在 graphene 的电子正常运行象无质量的相对论性的微粒,管理大多其电子属性。 很可能一个这样异常的色散关系的最壮观的结果是霍尔效应半整数 Quantum 和缺乏的观察本地化2。 越以后也许非常重要对基于 graphene 的场效应晶体管。

通常 graphene 水晶可能准备以非常少量缺陷 (超严格的碳碳债券的结果),与缺乏本地化和高费密速度一道保证非常载流子高流动性和短的飞行时间在弹道政权的。 高频率晶体管第一还原最近被开发了和被展示的非常令人鼓舞特性3

并且奇怪的是 graphene 的光学性能。 被评定 graphene 相当吸收 2.3% 4 轻根本地稀薄的材料的一个相当大的分数。 什么是更加扣人心弦的是这个情况此编号由根本常数的组合独自地产生4: πα (π=e/hc≈1/1372 是精细结构常数)。 执行它在家,乘 3.14…以 1/137,并且您将获得某事近 0.023。

高传导性 (薄层电阻被掺杂的 graphene 可以是一样低的象 10 欧姆) 和低灯吸附的这样组合做此材料透明导电性涂层的一名理想的候选人。 此种应用的 Graphene 利用率最近是通过修建基于 graphene 的液晶和5 太阳能电池展示了的6

此外, graphene 大量生产的通用问题 (近来研究大小仅 graphene 范例是可用的) 为这些被解决了类与一个新颖的技术的简介的应用: 大测微表大小 graphene 剥落区薄膜可以由石墨的化工剥落生产5

它是非常吸引为应用使用 graphene 唯一属性。 已经提及的示例不接近甚而用尽将受益于使用 graphene 技术的列表。 合成材料和光电探测器、技术支持生物对象在 TEM 和模式衣物柜超速的激光的 - 所有那些和许多区从使用 graphene 将严格获取。

这个问题,然而,总是此材料的大量生产。 从首先实验1,选择技术的 graphene 生产的许多研究员是 naïve “透明胶带方法”1,2 - 简单的削皮从批量石墨的 graphene 单层与一个橡皮膏。 然而,正确地被看到严重的进展的最近月在 graphene 综合的大量生产技术的开发中。 范围从上述化工剥落到外延生长 (为复核请看见7),这些技术产生我们可实现的希望我们很快将看见在此扣人心弦的二维材料基础上的产品。


参考

1. Novoselov、 K.S., Geim、 A.K.,莫罗佐夫、 S.V.,江、 D.、张、 Y.、 Dubonos、 S.V., Grigorieva、 I.V. & Firsov, A.A. “在基本的电场作用变薄碳影片”科学 306, 666-669 (2004)。
2. Geim、 A.K. & Novoselov, K.S. “Graphene 的上升”本质 Mater。 6, 183-191 (2007)。
3. YuMing 林,基思 A. Jenkins,阿尔贝托 Valdes 加西亚,约书亚 P. Small, Damon B. Farmer & Phaedon Avouris, “Graphene 晶体管的运算以千兆赫频率”纳诺 Lett。, 9 (1), 422-426 (2009)。
4. R.R. Nair, P. 布雷克, A.N. Grigorenko, K.S. Novoselov, T.J. Booth, T. Stauber, N.M.R. 佩雷斯, & A.K. Geim “精细结构常数定义了 Graphene 视觉透明度”科学 320, 1308 (2008)。
5. 彼得布雷克,保罗 D. Brimicombe, Rahul R. Nair,蒂姆 J. Booth, Da 江、弗雷德 Schedin, Leonid A. Ponomarenko, Sergey V. 莫罗佐夫,海伦 F. Gleeson, Ernie W. Hill,安德烈 K. Geim, & Kostya S. Novoselov “Graphene 根据液晶设备”纳诺信函 8(6) 1704 - 1708 (2008)。
6. X. Wang、 L. Zhi, & K. Mullen, “使染料敏感的太阳能电池的透明,导电性 graphene 电极”纳诺信函 8(1), 323-327 (2008)
7. A.K. Geim “Graphene : 状态和潜在客户”科学 324, 1530-1534 (2009)。

版权 AZoNano.com, Kostya Novoselov (曼彻斯特大学博士)

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

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