In 2010, bhuaigh Geim agus Novoselov Duais Nobel san fhisic as a gcuid oibre ar graphene.Tá an dámhachtain seo tar éis dul i bhfeidhm go mór 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 ghraiféin “criostail déthoiseach”.Is féidir an obair i 2004 a bhronnadh i 2010, rud atá annamh ar an taifead Duais Nobel le blianta beaga anuas.
Is cineál substainte é graiféin atá comhdhéanta de shraith amháin d'adamh carbóin atá eagraithe go dlúth i laitís heicseagánach déthoiseach de chíor mheala.Cosúil le diamant, graifít, fullerene, nanafeadáin charbóin agus carbóin éagruthach, is substaint é (substaint shimplí) comhdhéanta d'eilimintí carbóin.Mar a léirítear san fhigiúr thíos, is féidir fulrenes agus nanafeadáin charbóin a fheiceáil mar a rolladh suas ar bhealach éigin ó shraith amháin graphene, atá cruachta ag go leor sraitheanna de graphene.Tá an taighde teoiriciúil ar úsáid graphene chun cur síos a dhéanamh ar airíonna substaintí simplí carbóin éagsúla (graifít, nanafeadáin charbóin agus graphene) tar éis beagnach 60 bliain anuas, ach creidtear go ginearálta go bhfuil sé deacair ábhair dhéthoiseacha den sórt sin a bheith ann go seasta ina n-aonar, ceangailte ach amháin le dromchla an tsubstráit tríthoiseach nó le substaintí taobh istigh cosúil le graifít.Ní go dtí 2004 a bhain Andre Geim agus a mhac léinn Konstantin Novoselov sraith amháin de graphene as graifít trí thurgnaimh a bhain an taighde ar graphene forbairt nua amach.
Is féidir breathnú ar an fulaireéin (ar chlé) agus ar nanaifeadáin charbóin (lár) mar shraith amháin de graphene a rolladh suas ar bhealach éigin, agus tá graifít (ar dheis) cruachta ag sraitheanna iolracha graphene trí fhórsa van der Waals a nascadh.
Sa lá atá inniu ann, 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.Agus úsáid á baint acu as téip thrédhearcach atá ar fáil in ollmhargaí, bhain siad graphene, leathán graifíte nach raibh ach ciseal amháin d'adaimh charbóin ann, as píosa graifíte pirealaíoch ard-ord.Tá sé seo áisiúil, ach níl an inrialaitheacht chomh maith, agus ní féidir graphene le méid níos lú ná 100 miocrón (aon deichiú de milliméadar) a fháil ach amháin, is féidir a úsáid le haghaidh turgnaimh, ach tá sé deacair a úsáid le haghaidh praiticiúla. iarratais.Is féidir le sil-leagan ceimiceach gaile samplaí graphene a fhás le méid na ndeicheanna ceintiméadar ar an dromchla miotail.Cé nach bhfuil an limistéar le treoshuíomh comhsheasmhach ach 100 miocrón [3,4], bhí sé oiriúnach do riachtanais táirgthe roinnt iarratas.Modh coitianta eile ná an criostail chomhdhúile sileacain (SIC) a théamh go dtí níos mó ná 1100 ℃ i bhfolús, ionas go mbeidh na hadaimh sileacain in aice leis an dromchla galú, agus na hadaimh charbóin atá fágtha a atheagrú, ar féidir leo samplaí graphene a fháil freisin le dea-airíonna.
Is ábhar nua é graphene a bhfuil airíonna uathúla: tá a seoltacht leictreach chomh sármhaith le copar, agus tá a seoltacht theirmeach níos fearr ná aon ábhar ar a dtugtar.Tá sé an-trédhearcach.Ní ghlacfar ach cuid bheag (2.3%) den solas infheicthe teagmhas ingearach le graphene, agus rachaidh an chuid is mó den solas tríd.Tá sé chomh dlúth sin nach féidir fiú adaimh héiliam (na móilíní gáis is lú) dul tríd.Ní fhaightear na hairíonna draíochta seo go díreach ó graifít, ach ó mheicnic chandamach.Cinneann a chuid airíonna uathúla leictreacha agus optúla go bhfuil ionchais iarratais leathan aige.
Cé nach bhfuil graphene le feiceáil ach ar feadh níos lú ná deich mbliana, léirigh sé go leor iarratais theicniúla, rud atá an-annamh i réimsí na fisice agus na heolaíochta ábhartha.Tógann sé níos mó ná deich mbliana nó fiú fiche nó tríocha bliain d'ábhair ghinearálta bogadh ón saotharlann go dtí an saol fíor.Cén úsáid a bhaintear as graphene?Breathnaímid ar dhá shampla.
Leictreoid bog trédhearcach
I go leor fearais leictreacha, is gá ábhair seoltacha trédhearcacha a úsáid mar leictreoidí.Ní féidir le uaireadóirí leictreonacha, áireamháin, teilifíseáin, taispeántais criostail leachtacha, scáileáin tadhaill, painéil ghréine agus go leor feistí eile a fhágáil go bhfuil leictreoidí trédhearcacha ann.Úsáideann an leictreoid thrédhearcach traidisiúnta ocsaíd stáin indium (ITO).Mar gheall ar an ardphraghas agus an soláthar teoranta indium, tá an t-ábhar brittle agus easpa solúbthachta, agus ní mór an leictreoid a thaisceadh sa chiseal lárfholús, agus tá an costas sách ard.Ar feadh i bhfad, tá eolaithe ag iarraidh teacht ar a ionadach.Chomh maith leis na ceanglais maidir le trédhearcacht, seoltacht mhaith agus ullmhúchán éasca, má tá solúbthacht an ábhair féin go maith, beidh sé oiriúnach chun "páipéar leictreonach" nó gléasanna taispeána fillte eile a dhéanamh.Dá bhrí sin, is gné an-tábhachtach é solúbthacht freisin.Is ábhar den sórt sin é graphene, atá an-oiriúnach le haghaidh leictreoidí trédhearcacha.
Fuair taighdeoirí ó Samsung agus Ollscoil chengjunguan sa Chóiré Theas graphene le fad trasnánach de 30 orlach trí thaisceadh ceimiceach gaile agus d'aistrigh siad é chuig scannán terephthalate poileitiléin 188 miocrón tiubh (PET) chun scáileán tadhaill bunaithe ar graphene [4] a tháirgeadh.Mar a thaispeántar san fhigiúr thíos, déantar an graphene a fhástar ar an scragall copair a nascadh ar dtús leis an téip stripping teirmeach (cuid trédhearcach gorm), ansin déantar an scragall copair a thuaslagadh trí mhodh ceimiceach, agus ar deireadh aistrítear an graphene chuig an scannán PET trí théamh. .
Trealamh ionduchtaithe fhótaileictreach nua
Tá airíonna optúla uathúla ag graphene.Cé nach bhfuil ach sraith amháin d'adamh ann, féadann sé 2.3% den solas a astaítear a ionsú sa raon tonnfhad iomlán ó sholas infheicthe go infridhearg.Níl baint ag an uimhir seo le paraiméadair ábhartha eile de graphene agus déantar é a chinneadh ag leictredinimiciúil chandamach [6].Beidh an solas absorbed mar thoradh ar ghiniúint iompróirí (leictreoin agus poill).Tá giniúint agus iompar iompróirí i graphene an-difriúil ó na cinn i leathsheoltóirí traidisiúnta.Déanann sé seo graphene an-oiriúnach do threalamh ionduchtaithe fótaileictreach ultrafast.Meastar go bhféadfadh trealamh ionduchtaithe fhótaileictreach den sórt sin oibriú ag minicíocht 500ghz.Má úsáidtear é le haghaidh tarchur comhartha, féadann sé 500 billiún nialais nó cinn in aghaidh an tsoicind a tharchur, agus tarchur ábhar dhá dhiosca Blu-ray a chomhlánú i gceann soicind.
Bhain saineolaithe ó Ionad Taighde IBM Thomas J. Watson sna Stáit Aontaithe úsáid as graphene chun feistí ionduchtaithe fótaileictreach a mhonarú a fhéadfaidh oibriú ag minicíocht 10GHz [8].Ar an gcéad dul síos, ullmhaíodh calóga graphene ar fhoshraith sileacain clúdaithe le 300 nm de shilice tiubh trí “modh cuimilte téipe”, agus ansin rinneadh leictreoidí óir pallaidiam nó ór tíotáiniam le eatramh de 1 miocrón agus leithead 250 nm air.Ar an mbealach seo, faightear gléas ionduchtaithe fhótaileictreach bunaithe ar graphene.
Léaráid scéimreach de threalamh ionduchtaithe fótaileictreach graphene agus scanadh grianghraif micreascóp leictreon (SEM) de shamplaí iarbhír.Freagraíonn an líne ghearr dubh san fhigiúr 5 miocrón, agus is é an fad idir línte miotail ná miocrón amháin.
Trí turgnaimh, fuair na taighdeoirí gur féidir leis an bhfeiste ionduchtaithe fhótaileictreach struchtúr miotail graphene miotail seo minicíocht oibre 16ghz a bhaint amach ar a mhéad, agus is féidir oibriú ag ardluais sa raon tonnfhad ó 300 nm (in aice le ultraivialait) go 6 miocrón (infridhearg), agus ní féidir leis an bhfeadán ionduchtaithe fhótaileictreach traidisiúnta freagairt do sholas infridhearg le tonnfhad níos faide.Tá spás iontach fós le feabhsú ar mhinicíocht oibre trealaimh ionduchtaithe fhótaileictreach graphene.Mar gheall ar a fheidhmíocht níos fearr tá raon leathan d'ionchais iarratais aige, lena n-áirítear cumarsáid, rialú iargúlta agus monatóireacht comhshaoil.
Mar ábhar nua le hairíonna uathúla, tá an taighde ar chur i bhfeidhm graphene ag teacht chun cinn ceann i ndiaidh a chéile.Is deacair dúinn iad a áireamh anseo.Sa todhchaí, d'fhéadfadh go mbeadh feadáin éifeacht réimse déanta as graphene, lasca móilíneacha déanta as graphene agus brathadóirí móilíneacha déanta as graphene sa saol laethúil… Beidh graiféin a thagann amach as an tsaotharlann de réir a chéile ag taitneamh 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 agus a bheadh sé dá bhféadfaí ár bhfóin chliste agus na netbooks a rolladh suas, a chlampáil ar ár gcluasa, a líonadh inár bpócaí, nó a bheith fillte thart ar ár gcaol na láimhe nuair nach bhfuil siad in úsáid!
Am poist: Mar-09-2022