Дар соли 2010 Гейм ва Новоселов барои корашон дар болои графен барандаи ҷоизаи Нобел дар соҳаи физика шуданд.Ин мукофот дар бисьёр одамон таассуроти калон гузошт.Дар ниҳоят, на ҳар як асбоби таҷрибавии Ҷоизаи Нобел ба мисли лентаи илтиёмӣ маъмул аст ва на ҳар як объекти тадқиқотӣ ба мисли графен "кристалл дученака" ҷодугарӣ ва осон фаҳмида мешавад.Кор дар соли 2004 метавонад дар соли 2010 дода шавад, ки дар рекорди Ҷоизаи Нобел дар солҳои охир нодир аст.
Графен як навъ моддаест, ки аз як қабати ягонаи атомҳои карбон иборат аст, ки ба панҷараи шашкунҷаи дученакаи асали асал зич ҷойгир шудаанд.Мисли алмос, графит, фуллерен, нанотубаҳои карбон ва карбон аморфӣ, он моддаест (моддаи оддӣ), ки аз унсурҳои карбон иборат аст.Тавре ки дар расми зер нишон дода шудааст, фуллеренҳо ва нанотубаҳои карбонро метавон ҳамчун як қабати ягонаи графен, ки бо қабатҳои зиёди графен ҷамъ карда шудааст, печонида шудаанд, дидан мумкин аст.Тадқиқоти назариявӣ оид ба истифодаи графен барои тавсифи хосиятҳои моддаҳои гуногуни карбон (графит, нанотубаҳои карбон ва графен) тақрибан 60 сол давом кардааст, аммо ба таври умум бар ин назар аст, ки чунин маводи дученака дар танҳоӣ устуворона вуҷуд доштан душвор аст. танҳо ба сатҳи субстрати сеченака ё дар дохили моддаҳо ба монанди графит пайваст карда мешаванд.Танҳо дар соли 2004 Андре Гейм ва шогирди ӯ Константин Новоселов тавассути таҷрибаҳо як қабати графенро аз графит ҷудо карданд, ки таҳқиқот дар бораи графен ба рушди нав ноил шуданд.
Ҳам фуллерен (чап) ва ҳам нанотуби карбонро (миёна) метавон ҳамчун як қабати як графен печонида шавад, дар ҳоле ки графит (рост) бо қабатҳои сершумори графен тавассути пайвасти қувваи ван дер Ваалс ҷамъ карда мешавад.
Дар айни замон, графенро бо роҳҳои гуногун ба даст овардан мумкин аст ва усулҳои гуногун афзалиятҳо ва нуқсонҳои худро доранд.Гейм ва Новоселов графенро бо рохи оддй ба даст оварданд.Бо истифода аз лентаи шаффофе, ки дар супермаркетҳо мавҷуданд, онҳо графинро, ки варақи графитро бо танҳо як қабати ғафси атомҳои карбон дорад, аз як пораи графити пиролитикии баландтартиб ҷудо карданд.Ин қулай аст, аммо идорашаванда он қадар хуб нест ва графенро бо андозаи камтар аз 100 микрон (як ҳиссаи як миллиметр) танҳо ба даст овардан мумкин аст, ки онро барои таҷрибаҳо истифода бурдан мумкин аст, аммо барои амалӣ истифода бурдан душвор аст. барномаҳо.Ҷойгиршавии буғи кимиёвӣ метавонад намунаҳои графенро бо андозаи даҳҳо сантиметр дар рӯи металл афзоиш диҳад.Гарчанде ки майдони дорои самти муттасил ҳамагӣ 100 микрон аст [3,4], он барои эҳтиёҷоти истеҳсолии баъзе барномаҳо мувофиқ буд.Усули дигари маъмул ин гарм кардани кристалл карбиди кремний (SIC) дар вакуум то зиёда аз 1100 ℃ мебошад, то атомҳои кремний дар наздикии сатҳ бухор шаванд ва атомҳои боқимондаи карбон дубора ба тартиб дароварда шаванд, ки онҳо инчунин метавонанд намунаҳои графенро бо хосиятҳои хуб ба даст оранд.
Графен як маводи навест, ки хосиятҳои беназир дорад: гузарониши барқи он мисли мис аъло аст ва гармии он аз ҳама маводи маълум беҳтар аст.Ин хеле шаффоф аст.Танҳо як қисми хурди (2,3%) нури намоёни амудӣ аз ҷониби графен ҷаббида мешавад ва қисми зиёди нур аз он мегузарад.Он чунон зич аст, ки ҳатто атомҳои гелий (хурдтарин молекулаҳои газ) аз он гузашта наметавонанд.Ин хосиятҳои ҷодугарӣ на аз графит, балки аз механикаи квантӣ ба мерос гирифта шудаанд.Хусусиятҳои беназири электрикӣ ва оптикии он муайян мекунанд, ки он дорои дурнамои васеи татбиқ мебошад.
Гарчанде ки графен ҳамагӣ камтар аз даҳ сол пайдо шуда бошад ҳам, он барномаҳои зиёди техникиро нишон дод, ки дар соҳаҳои физика ва материалшиносӣ хеле кам аст.Барои аз лаборатория ба хаёти реалй гузаштани материалхои умумй зиёда аз дах сол ва хатто дахсолахо лозим аст.Графен чӣ фоида дорад?Биёед ду мисолро дида бароем.
Электроди мулоими шаффоф
Дар бисьёр асбобхои электрики материалхои шаффоф гузаронандаро хамчун электрод истифода бурдан лозим аст.Соатҳои электронӣ, ҳисобкунакҳо, телевизорҳо, дисплейҳои кристаллии моеъ, экранҳои сенсорӣ, панелҳои офтобӣ ва бисёр дигар дастгоҳҳо мавҷудияти электродҳои шаффофро тарк карда наметавонанд.Дар электроди шаффоф анъанавӣ оксиди калъаи индий (ITO) истифода мешавад.Аз сабаби нархи баланд ва таъминоти маҳдуди индий, мавод шикаста ва набудани чандир аст ва электрод бояд дар қабати миёнаи вакуум ҷойгир карда шавад ва арзиши нисбатан баланд аст.Муддати дуру дароз олимон кӯшиш мекарданд, ки ивазкунандаи онро пайдо кунанд.Илова ба талаботи шаффофият, гузаронандагии хуб ва омодагии осон, агар чандирии худи мавод хуб бошад, он барои сохтани "коғази электронӣ" ё дигар дастгоҳҳои намоишии пӯшида мувофиқ хоҳад буд.Аз ин рӯ, чандирӣ низ як ҷанбаи хеле муҳим аст.Графен чунин маводест, ки барои электродҳои шаффоф хеле мувофиқ аст.
Муҳаққиқон аз Самсунг ва Донишгоҳи Ченгжунгуан дар Кореяи Ҷанубӣ графенро бо дарозии диагонали 30 дюйм тавассути буғҳои кимиёвӣ ба даст оварданд ва онро ба плёнкаи ғафси 188 микрон полиэтилентерефталати (PET) интиқол доданд, то экрани сенсории графенро тавлид кунанд [4].Тавре ки дар расми зер нишон дода шудааст, графе, ки дар фолгаи мис парвариш карда шудааст, аввал бо лентаи рахи гармидиҳӣ (қисми шаффофи кабуд) пайваст карда мешавад, пас фолгаи мис бо усули кимиёвӣ гудохта мешавад ва дар ниҳоят графен бо гармкунӣ ба плёнкаи PET интиқол дода мешавад. .
Тачхизоти нави индукционии фотоэлектрик
Графен хосиятҳои хеле беназири оптикӣ дорад.Гарчанде ки танҳо як қабати атом мавҷуд аст, он метавонад 2,3% нури паҳншударо дар тамоми диапазони мавҷ аз нури намоён то инфрасурх бирӯяд.Ин рақам бо дигар параметрҳои моддии графен ҳеҷ иртиботе надорад ва бо электродинамикаи квантӣ муайян карда мешавад [6].Нури азхудшуда ба тавлиди интиқолдиҳандагон (электронҳо ва сӯрохиҳо) оварда мерасонад.Насл ва интиқоли интиқолдиҳандагон дар графен аз интиқолдиҳандагони нимноқилҳои анъанавӣ хеле фарқ мекунанд.Ин графенро барои таҷҳизоти индуксионии ултратези фотоэлектрикӣ хеле мувофиқ месозад.Тахмин карда мешавад, ки чунин таҷҳизоти индуксионии фотоэлектрикӣ метавонад дар басомади 500 ГГц кор кунад.Агар он барои интиқоли сигнал истифода шавад, он метавонад дар як сония 500 миллиард сифр ё якҳоро интиқол диҳад ва интиқоли мундариҷаи ду диски Blu rayро дар як сония анҷом диҳад.
Коршиносони Маркази тадқиқотии IBM Thomas J. Watson дар Иёлоти Муттаҳида графенро барои истеҳсоли дастгоҳҳои индуксионии фотоэлектрикӣ истифода бурданд, ки метавонанд дар басомади 10 ГГц кор кунанд [8].Аввалан, пораҳои графен дар як субстрати кремнийи бо кремнийи ғафси 300 нм пӯшонидашуда бо "усули кандашавии лента" омода карда шуданд ва баъдан дар он электродҳои тиллои палладий ё тиллои титан бо фосилаи 1 микрон ва паҳнои 250 нм сохта шуданд.Бо ин роҳ, дастгоҳи индуксионии фотоэлектрикӣ дар асоси графен ба даст оварда мешавад.
Диаграммаи схематикии таҷҳизоти индуксионии фотоэлектрикӣ ва аксҳои микроскопи электронии сканерӣ (SEM) аз намунаҳои воқеӣ.Хати кӯтоҳи сиёҳи расм ба 5 микрон мувофиқат мекунад ва масофаи байни хатҳои металлӣ як микрон аст.
Тавассути таҷрибаҳо, муҳаққиқон муайян карданд, ки ин дастгоҳи индуксионии фотоэлектрикии металлии графен метавонад ҳадди аксар ба басомади кории 16 ГГц мерасад ва метавонад бо суръати баланд дар дарозии мавҷ аз 300 нм (наздикии ултрабунафш) то 6 микрон (инфрасурх) кор кунад, дар ҳоле ки найчаи анъанавии индуксионии фотоэлектрикӣ наметавонад ба нури инфрасурх бо дарозии мавҷ дарозтар ҷавоб диҳад.Басомади кории таҷҳизоти индуксионии фотоэлектрикии графен ҳоло ҳам барои беҳбудӣ фазои бузург дорад.Фаъолияти олии он ба он имкон медиҳад, ки доираи васеи дурнамои татбиқ, аз ҷумла алоқа, назорати дурдаст ва мониторинги муҳити зист дошта бошад.
Ҳамчун маводи нав бо хосиятҳои беназир, тадқиқот оид ба татбиқи графен паи ҳам ба вуҷуд меоянд.Дар ин чо онхоро номбар кардан барои мо душвор аст.Дар оянда шояд дар ҳаёти ҳаррӯза қубурҳои саҳроӣ аз графен, коммутаторҳои молекулавӣ аз графен ва детекторҳои молекулавӣ аз графен сохта шаванд... Графен, ки тадриҷан аз лаборатория берун меояд, дар ҳаёти ҳаррӯза дурахшон хоҳад шуд.
Мо метавонем интизор шавем, ки шумораи зиёди маҳсулоти электронӣ бо истифода аз графен дар ояндаи наздик пайдо мешаванд.Дар бораи он фикр кунед, ки агар смартфонҳо ва нетбукҳои моро печонида, ба гӯшҳоямон часпонанд, дар ҷайбаҳоямон пур кунанд ё ҳангоми истифода нашудани дастҳоямон печонида шаванд!
Вақти фиристодан: 09-09-2022