Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Nanomaterials | Graphene

فرق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا العثور على العديد من الاستخدامات لالجرافين

Published on December 25, 2009 at 5:41 AM

في صورة مهب الهاتفي من مجهر المسح النفقي ، يبدو تماما مثل ورقة لا نهاية لها من الاسلاك الدجاج : ورقة بسيطة شقة تتكون من شبكة من السداسي. ولكن هذه المواد نانوية تسمى الجرافين ، أولا في الوجود المعترف به عموما فقط قبل خمس سنوات ، تبين أن مجموعة متنوعة من فريدة من نوعها ، ويمكن أن تكون مفيدة جدا ، وخصائص -- العديد منها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الباحثين يحاولون بنشاط من أجل فهم أفضل وتتحول إلى التطبيقات في العالم الحقيقي .

مجهر القوة الذرية صورة من الجرافين فائقة التوصيل مجال ترانزستور المفعول. مصنوعة من الذهب وهما من أقطاب بلون التيتانيوم فائقة التوصيل سبائك الألومنيوم. صورة المجاملة / المجموعة Jarillo - هيريرو

وقد تم تحديد الجرافين ، وهو شكل من أشكال عنصر الكربون التي هي مجرد ذرة واحدة سميكة ، وهذا احتمال ممكن نظريا اعتبارا من 1947. حتى معهد البروفيسور ميلدريد Dresselhaus ، وجين زوجها الفيزيائي ، وآخرون كانوا يعملون في 1960s مع طبقات متعددة من الجرافين ، كان العديد من العلماء قوله ان مثل هذه لا يمكن أبدا ورقة رقيقة جدا من مادة يمكن العثور عليها أو حتى جعل. "كان من المثير للجدل للغاية ، وهناك كثير من الناس الذين كانوا متشككين ،" عن البحث ، كما تقول.

والآن بعد أن تم العثور عليه ، مع نتائج نشرت على نطاق واسع في عام 2004 من قبل الباحثين في جامعة مانشستر ، المملكة المتحدة ، "هذا الموضوع قد انفجرت" ، كما تقول. ويركز الباحثون على كيفية تسخير خصائصه ، ومحاولة إيجاد طرق لإنتاجه بكميات كافية للبحث واسعة النطاق ، وفي نهاية المطاف للتطبيقات التجارية. معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وقد أصبح مركزا رئيسيا للعمل على هذا الموضوع الساخن ، مع عدة مجموعات بحثية مختلفة تتابع الجوانب المختلفة -- بما فيها الفيزيائية والكيميائية والالكترونية والهندسية -- المواد الرواية.

في حين أن العديد من الجامعات والمختبرات التجارية ومتابعة البحوث حول خصائص الجرافين الأساسية أو على التطبيقات المحتملة ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا غير عادية في وجود أعضاء هيئة التدريس المشاركين في مختلف جوانب عديدة من البحوث الجرافين والعمل التعاوني في هذه المشاريع ، كما يقول توماس بالاسيوس ، وهو أستاذ مساعد الكهربائية الهندسة وعلوم الحاسب الآلي وزعيم واحدة من المجموعات البحثية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا استكشاف التطبيقات الإلكترونية الجرافين ممكن.

ويخلف السيليكون؟
وتلقى ثمانية باحثين معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، جنبا إلى جنب مع زملائهم في جامعة هارفارد وجامعة بوسطن ، مجرد الامريكية الكبرى زارة الدفاع لمنح البحوث الجرافين. مع هذا منح خمس سنوات ، يقول بلاسيوس ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمتعاونين معها "سيصبح واحدا من أقوى فرق متعددة التخصصات تعمل على الجرافين في العالم".

يمكن خصائصه الفريدة التي تجعل الكهربائية الجرافين خليفة السيليكون في جيل جديد كليا من الرقائق ، والتغلب على القيود المادية الأساسية يحد من تطوير أصغر من أي وقت مضى ، ورقائق السيليكون من أي وقت مضى ، أسرع.

ولكن هذا هو واحد فقط من التطبيقات المحتملة لهذه المواد. بسبب سمك ذرة واحدة لها ، الجرافين نقية شفافة ، ويمكن ان تستخدم في صنع أقطاب شفافة لضوء التطبيقات المستندة إلى مثل الثنائيات الباعثة للضوء (المصابيح) أو الخلايا الشمسية المحسنة. هي الآن المحتملة تطبيقات الخلايا الشمسية التي تجري دراستها من قبل بعض الباحثين بما في ذلك معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أستاذ مشارك في الهندسة الكهربائية Bulovic فلاديمير ومعاون عميد كلية الهندسة للبحوث كارين غليسون.

ويمكن أيضا الجرافين بديلا للنحاس لجعل التوصيلات الكهربائية بين رقائق الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى ، وتقديم المقاومة أقل بكثير وبالتالي توليد حرارة أقل. وكما أن لديها استخدامات محتملة في الكم المستندة إلى الأجهزة الإلكترونية التي تمكن الجيل الجديد من حساب والتجهيز.

"إن الحقول هي حقا في مهدها" ، كما يقول مايكل سترانو ، أستاذ مشارك في الهندسة الكيميائية الذين تم التحقيق في الخواص الكيميائية للالجرافين. "لا أعتقد أن هناك أي مادة أخرى من هذا القبيل."

تنقل الالكترونات في الجرافين -- وهو مقياس لمدى السهولة التي يمكن أن تتدفق الإلكترونات في ذلك -- هي حتى الآن أعلى من أي مادة معروفة. ذلك هو قوتها ، وهو ، والجنيه للرطل ، و 200 مرة من الفولاذ. بعد مثل الماس ابن عمه ، وهو بسيط المادة بشكل ملحوظ ، وتتألف من لا شيء ولكن ذرات الكربون مرتبة في نمط بسيط العادية.

"إنها المادة الأكثر تطرفا يمكن ان يخطر لك" ، كما يقول بالاسيوس. "لسنوات عديدة ، كان الناس يعتقدون انه من المستحيل ان مادة لا يمكن أن توجد في الطبيعة ، ولكن الناس كانوا يدرسون فإنه من الناحية النظرية لأكثر من 60 عاما."

بالاسيوس وفريقه الشهر الماضي فقط نشرت النتائج الجديدة تظهر أنه يمكن استخدام الجرافين لجعل مضاعفات التردد قد تمكن رقائق الكمبيوتر أسرع بكثير وأجهزة الاتصالات.

غامضة مرة واحدة ، والآن ملتهب
في وقت مبكر من عام 1981 ، ووصف مقال استعراض بشأن الجرافين التي Dresselhauses ، فضلا عن العديد من استعراض الأقران ورقات عن هذا الموضوع ، والخواص الكهربائية والميكانيكية للطبقات الجرافين. "لم نكن يبحث بالضبط لطبقات معزولة واحدة في ذلك الوقت" ، كما يقول ميلدريد Dresselhaus ، بل كانوا يعملون مع طبقات متعددة الجرافين تقع بين طبقات تحتوي على جزيئات أخرى.

"هذه المواد كان من الواضح خصائص مختلفة ، تختلف عن أي شيء آخر" ، يقول Dresselhaus. واضاف "هذا ما متحمس لنا".

عندما بدأت العمل في عام 1961 على خصائص الكربون والعديد من أشكاله الترتيبات الذرية ، لم يكن موضوعا شعبيا للبحوث ، Dresselhaus تذكر. "كان هناك على الأرجح 10 شخصا في العالم" ابحاثا من هذا القبيل في 1960s ، كما تقول. "الآن هناك الآلاف". في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية السنوي الشهر الماضي ، كما تقول ، كان هناك المزيد من الدورات المخصصة للبحث الكربون وما يتصل بها من الجرافين من أي موضوع آخر. "هذا هو إلى حد بعيد الموضوع الأكثر شعبية" في الفيزياء اليوم ، كما تقول.

ويقود فريق آخر يدرس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الجرافين التي هيريرو - Jarillo بابلو ، وهو أستاذ مساعد في الفيزياء ، والذي يدرس الخصائص الفيزيائية الأساسية وباستخدام الفريد الجرافين السلوك كوسيلة أساسية لدراسة تأثيرات ميكانيكا الكم. على سبيل المثال ، في الجرافين ، الإلكترونات تتصرف كما لو كانت جزيئات عديمة الكتلة نشر وفقا لقوانين ميكانيكا الكم النسبية ، وهو السلوك الذي هو عادة محفوظة لجزيئات السفر بالقرب من سرعة الضوء في المعجلات أو في الكون. مثل هذا السلوك هو في قلب عالية جدا التنقلات التي أظهرتها الأجهزة الجرافين.

Jarillo - هيريرو يقول ذلك لأن المواد الجديدة حتى وخصائصه الأساسية ما زال يتم اكتشافها ، "لدينا بعض التطبيقات في الاعتبار ، ولكن العديد منها جديد تماما وسوف يأتي بالتأكيد ونحن نواصل ابحاثا".

زيادة الإنتاج
ذرات الكربون لديها الميل إلى ربط بقوة جدا من بعضها البعض ، فضلا عن أنواع أخرى من الذرات. السندات الجزيئية انهم يشكلون التي تجعل من السهل والصعب جدا كسر. هذا ما يعطي جزيئات الكربون وبلورات منقطع النظير قوتهم.

الجرافيت ، والمواد من رصاص قلم الرصاص العادي ، هو أساسا كتلة مختلطة من قصاصات صغيرة من الجرافين. وجاءت الحيلة التي مكنت المظاهرات الأولى من وجود الجرافين كمادة منفصلة حقيقية عندما باحثون في جامعة مانشستر تطبيقها شريط لاصق إلى كتلة من الجرافيت ثم مقشر بعناية قبالة شظايا صغيرة من الجرافين ووضعها على سطح أملس من مادة أخرى.

هذا الأسلوب غير كاف للبحث العلمي. "وبالنسبة لعلماء الفيزياء ، وهذا كل ما يحتاجون إليه" ، ويقول سترانو. واضاف "انهم لا يهتمون اذا ذهبوا الى الكثير من الجهد لجعل خمس قطع صغيرة ، فإنها يمكن دراسة هذه لعدة سنوات." ولكن عندما

Last Update: 5. October 2011 10:31

Tell Us What You Think

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

Leave your feedback
Submit