In 2010, bhuaigh Geim agus Novoselov Duais Nobel san Fhisic as a gcuid oibre ar Graphene. D'fhág an dámhachtain seo go bhfuil tuiscint dhomhain ar go leor daoine. Tar éis an tsaoil, níl gach uirlis turgnamhach Duais Nobel chomh coitianta le téip ghreamaitheach, agus níl gach réad taighde chomh draíochta agus éasca le tuiscint mar ghraifín “criostail dháthoiseach”. Is féidir an obair i 2004 a bhronnadh in 2010, rud atá annamh i dtaifead Duais Nobel le blianta beaga anuas.
Is cineál substainte é graphene ina bhfuil ciseal amháin d'adaimh charbóin atá eagraithe go dlúth i laitíse heicseagánach déthoiseach mheala. Cosúil le diamant, graifít, fullerene, nanafeadáin charbóin agus carbón éagruthach, is substaint (substaint shimplí) í atá comhdhéanta de ghnéithe carbóin. Mar a thaispeántar san fhigiúr thíos, is féidir breathnú ar fullerenes agus nana -fheadáin charbóin mar rolladh suas ar bhealach éigin ó shraith amháin de ghraphene, a bhfuil go leor sraitheanna graifín cruachta air. Mhair an taighde teoiriciúil ar úsáid graphene chun cur síos a dhéanamh ar airíonna substaintí éagsúla simplí carbóin (graifít, nanafeadáin charbóin agus graphene) le beagnach 60 bliain, ach creidtear go ginearálta go bhfuil sé deacair ábhair dhéthoiseacha den sórt sin a bheith ann go cobhsaí ina n-aonar, Níl sé ceangailte ach leis an dromchla foshraithe tríthoiseach nó substaintí taobh istigh cosúil le graifít. Ní dhearna Andre Geim agus a mhac léinn Konstantin Novoselov ciseal amháin graifne ó ghraifít trí thurgnaimh a bhain an taighde ar ghraphene amach forbairt nua.
Is féidir a mheas go bhfuil fullerene (ar chlé) agus nanafeadán carbóin (lár) araon á rolladh suas le ciseal amháin graifín ar bhealach éigin, cé go ndéantar graifít (ar dheis) a chruachadh le sraitheanna éagsúla graifín trí cheangal Van der Waals Force.
Faoi láthair, is féidir graphene a fháil ar go leor bealaí, agus tá a gcuid buntáistí agus míbhuntáistí féin ag modhanna éagsúla. Fuair Geim agus Novoselov graphene ar bhealach simplí. Ag baint úsáide as téip thrédhearcach atá ar fáil in ollmhargaí, bhain siad graphene, bileog graifíte le ciseal amháin d'adaimh charbóin tiubh, ó phíosa graifít pyrolytic ardoird. Tá sé seo áisiúil, ach níl an inrialaitheacht chomh maith sin, agus ní féidir graifín le méid níos lú ná 100 miocrón (an deichiú cuid de milliméadar) a fháil ach, ar féidir é a úsáid le haghaidh turgnaimh, ach tá sé deacair a úsáid le haghaidh praiticiúil iarratais. Is féidir le sil -leagan gaile ceimiceach samplaí graphene a fhás le méid na ndeich gceintiméadar ar an dromchla miotail. Cé nach bhfuil sa cheantar le treoshuíomh comhsheasmhach ach 100 miocrón [3,4], tá sé oiriúnach do riachtanais táirgthe roinnt iarratas. Modh coiteann eile is ea an criostail cairbíd sileacain (SIC) a théamh go dtí níos mó ná 1100 ℃ i bhfolús, ionas go n -atheagraítear na hadaimh sileacain in aice leis an dromchla, agus na hadaimh charbóin atá fágtha, ar féidir leo samplaí graifín a fháil le hairíonna maithe.
Is ábhar nua é Graphene le hairíonna uathúla: tá a seoltacht leictreach chomh sármhaith le copar, agus tá a seoltacht theirmeach níos fearr ná aon ábhar aitheanta. Tá sé an -trédhearcach. Ní ghlacfar ach cuid bheag (2.3%) den teagmhas ingearach le solas infheicthe ag graphene, agus rachaidh an chuid is mó den solas tríd. Tá sé chomh dlúth sin nach féidir le fiú adaimh héiliam (na móilíní gáis is lú) dul tríd. Ní fhaightear na hairíonna draíochta seo go díreach ó ghraifít, ach ó mheicnic chandamach. Cinneann a hairíonna uathúla leictreacha agus optúla go bhfuil ionchais leathana feidhmithe aige.
Cé nach bhfuil graphene le feiceáil ach ar feadh níos lú ná deich mbliana, tá go leor feidhmchlár teicniúil léirithe aige, rud atá an -annamh i réimsí na fisice agus na heolaíochta ábhair. Tógann sé níos mó ná deich mbliana nó fiú fiche nó tríocha bliain le go bhféadfaidh ábhair ghinearálta bogadh ó shaotharlann go saol fíor. Cad é an úsáid a bhaintear as graphene? Breathnaímid ar dhá shampla.
Leictreoid bog trédhearcach
I go leor fearas leictreach, ní mór ábhair sheolta trédhearcacha a úsáid mar leictreoidí. Ní féidir le uaireadóirí leictreonacha, áireamháin, le teilifíseáin, le taispeántais chriostal leachtacha, le scáileáin tadhaill, le painéil ghréine agus le go leor feistí eile leictreoidí trédhearcacha a fhágáil. Úsáideann an leictreoid thrédhearcach thraidisiúnta ocsaíd stáin Indium (ITO). Mar gheall ar an bpraghas ard agus an soláthar teoranta Indium, tá an t -ábhar sobhriste agus easpa solúbthachta, agus ní mór an leictreoid a thaisceadh i lárchiseal na bhfolús, agus tá an costas sách ard. Ar feadh i bhfad, tá eolaithe ag iarraidh a n -ionad a aimsiú. Chomh maith le riachtanais na trédhearcachta, na seoltacht mhaith agus an ullmhúchán éasca, má tá solúbthacht an ábhair féin go maith, beidh sé oiriúnach chun “páipéar leictreonach” nó feistí taispeána foldable eile a dhéanamh. Dá bhrí sin, is gné an -tábhachtach é solúbthacht freisin. Is ábhar den sórt sin é graphene, atá an -oiriúnach do leictreoidí trédhearcacha.
Fuair taighdeoirí ó Ollscoil Samsung agus Chengjunguan sa Chóiré Theas graphene le fad trasnánach 30 orlach ag sil -leagan gaile ceimiceach agus d'aistrigh siad é chuig scannán terephthalate poileitiléin tiubh 188 micron (PET) chun scáileán tadhaill bunaithe ar ghraifín a tháirgeadh [4]. Mar a thaispeántar san fhigiúr thíos, déantar an graphene a fhástar ar an scragall copair a nascadh den chéad uair leis an téip stiallacha teirmeach (cuid thrédhearcach gorm), ansin tuaslagtar an scragall copair trí mhodh ceimiceach, agus ar deireadh aistrítear an graifín chuig an scannán peataí trí théamh .
Trealamh ionduchtaithe fótaileictreach nua
Tá airíonna optúla an -uathúla ag graphene. Cé nach bhfuil ach sraith amháin adamh ann, is féidir leis 2.3% den solas a astaítear a ionsú sa raon iomlán tonnfhad ó sholas infheicthe go infridhearg. Níl aon bhaint ag an uimhir seo le paraiméadair ábhartha eile graphene agus is é leictreamaimic chandamach a chinneann [6]. Mar thoradh ar an solas ionsúite, ginfear iompróirí (leictreoin agus poill) a ghiniúint. Tá giniúint agus iompar iompróirí i ngraifín an -difriúil ó na daoine i leathsheoltóirí traidisiúnta. Fágann sé seo go bhfuil graphene an -oiriúnach do threalamh ionduchtaithe fótaileictreach ultrafast. Meastar go bhféadfadh trealamh ionduchtaithe fótaileictreach den sórt sin oibriú ag minicíocht 500GHz. Má úsáidtear é le haghaidh tarchur comhartha, is féidir leis 500 billiún nialais nó cinn a tharchur in aghaidh an tsoicind, agus tarchur ábhar dhá dhiosca Blu Ray a chomhlánú i gceann amháin.
Tá saineolaithe ó IBM Thomas J. Watson Ionad Taighde sna Stáit Aontaithe tar éis graphene a úsáid chun feistí ionduchtaithe fótaileictreach a mhonarú ar féidir leo oibriú ag minicíocht 10GHz [8]. Ar an gcéad dul síos, ullmhaíodh calóga graphene ar fhoshraith sileacain a bhí clúdaithe le 300 nm shilice tiubh le “modh cuimilte téipe”, agus ansin rinneadh ór pallaidiam nó leictreoidí óir tíotáiniam le eatramh de 1 micron agus leithead 250 nm air. Ar an mbealach seo, faightear gléas ionduchtaithe fótaileictreach atá bunaithe ar ghraifín.
Léaráid sceidealta de threalamh ionduchtaithe fótaileictreach graphene agus grianghraif micreascóp leictreon (SEM) de shamplaí iarbhír. Freagraíonn an líne ghearr dubh san fhigiúr do 5 mhiocrón, agus is é an fad idir línte miotail ná micron amháin.
Trí thurgnaimh, fuair na taighdeoirí gur féidir leis an bhfeiste ionduchtaithe fótaileictreach struchtúr miotail miotail miotail seo teacht ar mhinicíocht oibre 16GHz ar a mhéad, agus is féidir leis oibriú ar luas ard sa raon tonnfhaid ó 300 nm (gar do ultraivialait) go 6 mhiocrón (infridhearg), fad Ní féidir leis an bhfeadán ionduchtaithe fótaileictreach traidisiúnta freagairt do sholas infridhearg le tonnfhad níos faide. Tá spás mór le feabhsú fós ag minicíocht oibre an trealaimh ionduchtaithe fótaileictreach graphene. Fágann a fheidhmíocht níos fearr go bhfuil raon leathan ionchais iarratais aige, lena n -áirítear cumarsáid, cianrialtán agus monatóireacht chomhshaoil.
Mar ábhar nua le hairíonna uathúla, tá an taighde ar chur i bhfeidhm graphene ag teacht chun cinn i ndiaidh a chéile. Tá sé deacair dúinn iad a liostáil anseo. Sa todhchaí, d'fhéadfadh go mbeadh feadáin éifeacht allamuigh déanta as graphene, lasca mhóilíneach déanta as graifín agus brathadóirí móilíneacha déanta as graifín sa saol laethúil… beidh graphene a thagann amach as an tsaotharlann de réir a chéile sa saol laethúil.
Is féidir linn a bheith ag súil go mbeidh líon mór táirgí leictreonacha ag baint úsáide as graphene le feiceáil go luath amach anseo. Smaoinigh ar cé chomh suimiúil is a bheadh sé dá bhféadfaí ár bhfóin chliste agus ár nglanleabhair a rolladh suas, a chlampáil ar ár gcluasa, líonta inár bpócaí, nó fillte timpeall ár chaol na láimhe nuair nach bhfuil siad in úsáid!
Am Post: Mar-09-2022