Graphene : 從物理到應用

Kostya S. Novoselov物理 & 天文曼徹斯特大學學校博士
對應的作者: kostya@manchester.ac.uk

Graphene - 碳原子一塊層在一個六角格子安排的 - 是碳同素異形體系列的最新的成員。 雖然它在這些歲月期間取得的查出的 graphene1 在 2004年第一次仅報告了,進展是極大的,并且它正確取了綽號 「奇蹟材料」。

有興奮三主要區關於 graphene 的。 首先,它是二維基本水晶的第一個示例,非常存在改進我們的關於低尺寸系統的熱力學穩定性的瞭解。 其次, graphene 電子屬性是非常奇怪的: 在 graphene 的電子服從線性色散關係 (像光子),因而仿造無質量的相對論性的微粒2。 并且最后但不是最不重要的, graphene 許多屬性在那些是優越在其他材料,因此它是非常吸引使用它在各種各樣的應用,範圍從電子到合成材料。

歷史上,它是受到大多數注意的電子屬性。 在 graphene 的電子正常運行像無質量的相對論性的微粒,管理大多其電子屬性。 很可能一个這樣異常的色散關係的最壯觀的結果是霍爾效應半整數 Quantum 和缺乏的觀察本地化2。 越以後也許非常重要對基於 graphene 的場效應晶體管。

通常 graphene 水晶可能準備以非常少量缺陷 (超嚴格的碳碳債券的結果),與缺乏本地化和高費密速度一道保證非常載流子高流動性和短的飛行時間在彈道政權的。 高頻率晶體管第一還原最近被開發了和被展示的非常令人鼓舞特性3

並且奇怪的是 graphene 的光學性能。 被評定 graphene 相當吸收 2.3% 4 輕根本地稀薄的材料的一個相當大的分數。 什麼是更加扣人心弦的是這個情況此編號由根本常數的組合獨自地產生4: πα (π=e/hc≈1/1372 是精細結構常數)。 執行它在家,乘 3.14…以 1/137,并且您將獲得某事近 0.023。

高傳導性 (薄層電阻被摻雜的 graphene 可以是一樣低的像 10 歐姆) 和低燈吸附的這樣組合做此材料透明導電性塗層的一名理想的候選人。 此種應用的 Graphene 利用率最近是通過修建基於 graphene 的液晶和5 太陽能電池展示了的6

此外, graphene 大量生產的通用問題 (近來研究大小仅 graphene 範例是可用的) 為這些被解決了類與一個新穎的技術的簡介的應用: 大測微表大小 graphene 剝落區薄膜可以由石墨的化工剝落生產5

它是非常吸引為應用使用 graphene 唯一屬性。 已經提及的示例不接近甚而用盡將受益於使用 graphene 技術的列表。 合成材料和光電探測器、技術支持生物對象在 TEM 和模式衣物櫃超速的激光的 - 所有那些和許多區從使用 graphene 將嚴格獲取。

這個問題,然而,總是此材料的大量生產。 從首先實驗1,選擇技術的 graphene 生產的許多研究員是 naïve 「透明膠帶方法」1,2 - 簡單的削皮從批量石墨的 graphene 單層與一個橡皮膏。 然而,正確地被看到嚴重的進展的最近月在 graphene 綜合的大量生產技術的開發中。 範圍從上述化工剝落到外延生長 (為覆核请看見7),這些技術產生我們可實現的希望我們很快將看見在此扣人心弦的二維材料基礎上的產品。


參考

1. Novoselov、 K.S., Geim、 A.K.,莫羅佐夫、 S.V.,江、 D.、張、 Y.、 Dubonos、 S.V., Grigorieva、 I.V. & Firsov, A.A. 「在基本的電場作用變薄碳影片」科學 306, 666-669 (2004)。
2. Geim、 A.K. & Novoselov, K.S. 「Graphene 的上升」本質 Mater。 6, 183-191 (2007)。
3. YuMing 林,基思 A. Jenkins,阿爾貝托 Valdes 加西亞,約書亞 P. Small, Damon B. Farmer & Phaedon Avouris, 「Graphene 晶體管的運算以千兆赫頻率」納諾 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 「精細結構常數定義了 Graphene 視覺透明度」科學 320, 1308 (2008)。
5. 彼得布雷克,保羅 D. Brimicombe, Rahul R. Nair,蒂姆 J. Booth, Da 江、弗雷德 Schedin, Leonid A. Ponomarenko, Sergey V. 莫羅佐夫,海倫 F. Gleeson, Ernie W. Hill,安德烈 K. Geim, & Kostya S. Novoselov 「Graphene 根據液晶設備」納諾信函 8(6) 1704 - 1708 (2008)。
6. X. Wang、 L. Zhi, & K. Mullen, 「使染料敏感的太陽能電池的透明,導電性 graphene 電極」納諾信函 8(1), 323-327 (2008)
7. A.K. Geim 「Graphene : 狀態和潛在客戶」科學 324, 1530-1534 (2009)。

版權 AZoNano.com, Kostya Novoselov (曼徹斯特大學博士)

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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