Որն է գրաֆենի օգտագործումը: Դիմումի երկու դեպք թույլ է տալիս հասկանալ գրաֆիկի դիմումի հեռանկարը

2010-ին Գեիմը եւ Նովոսելովը շահեցին ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակը `գրաֆենայի վրա աշխատելու համար: Այս մրցանակը խորը տպավորություն թողեց շատ մարդկանց վրա: Ի վերջո, ոչ բոլոր Նոբելյան մրցանակային փորձարարական գործիքն այնքան տարածված չէ, որքան սոսինձ ժապավենը, եւ ոչ բոլոր հետազոտական ​​օբյեկտը նույնքան կախարդական եւ հեշտ է հասկանալ որպես «երկչափ բյուրեղ» գրաֆեն: 2004 թ. Աշխատանքը կարող է շնորհվել 2010 թ., Ինչը հազվադեպ է վերջին տարիներին Նոբելյան մրցանակի գրառման մեջ:

Graphene- ը մի տեսակ նյութ է, որը բաղկացած է ածխածնի ատոմների մեկ շերտից, որոնք սերտորեն կազմակերպվում են երկչափ մեղրամոմ վեցանկյուն վանդակապատ: Ինչպես ադամանդի, գրաֆիտի, ամբողջականության, ածխածնի նանթուբի եւ ամորֆ ածխածնի նման, դա ածխածնի տարրերից բաղկացած նյութ (պարզ նյութ) է: Ինչպես ցույց է տրված ներքեւում գտնվող նկարում, Fullerenes- ը եւ Carbon Nanotubes- ը կարելի է տեսնել ինչ-որ կերպ գլորվել գրաֆինի մեկ շերտից, որը տեղադրված է գրաֆինի բազմաթիվ շերտերով: Տարբեր ածխածնի պարզ նյութերի (գրաֆիտի, ածխածնի եւ գրաֆեն) տարբեր գույների նկարագրման տեսական հետազոտությունը տեւել է մոտ 60 տարի, բայց, ընդհանուր առմամբ, կարծում են, որ նման երկչափ նյութերը դժվար է միայնակ գոյություն ունենալ, միայն կցված է եռաչափ սուբստրատի մակերեսին կամ ներսից գրաֆիտի ներսում: Մինչեւ 2004 թվականը չէր, որ Անդրե Գիմիմը եւ նրա ուսանող Կոնստանտին Նովոսելովը գրաֆիտի մեկ շերտով հանեցին գրաֆիտից, փորձերի միջոցով, որ Գրաֆենի հետազոտությունը հասավ նոր զարգացման:

Թե Fullerene- ը (ձախ) եւ ածխածնային նանոտուբը (միջին) կարելի է համարել գրաֆինի մեկ շերտով ինչ-որ կերպ, իսկ գրաֆիտը (աջ) գրաֆիտի բազմաթիվ շերտերով, Van Der Waals Force- ի կապակցությամբ:

Այժմ գրաֆենը կարելի է ձեռք բերել շատ առումներով, եւ տարբեր մեթոդներ ունեն իրենց առավելություններն ու թերությունները: Գեյմը եւ Նովոսելը պարզ ձեւով ստացան գրաֆեն: Օգտագործելով թափանցիկ ժապավենը սուպերմարկետներում, դրանք գծավորեց գրաֆեն, գրաֆիտային թերթ `ածխածնի ատոմների միայն մեկ շերտով հաստ, մի կտոր բարձրորակ պիրոլիտային գրաֆիտի կտորից: Սա հարմար է, բայց վերահսկելիությունը այնքան էլ լավն է, եւ 100 միկրոնից պակաս չափս (մեկ տասներորդ հազարամյակ) չափի գրաֆեն կարող է օգտագործվել միայն փորձերի համար, բայց գործնականում կարող է օգտագործվել Ծրագրեր: Քիմիական գոլորշիների տեղակայումը կարող է աճեցնել գրաֆինի նմուշներ, մետաղական մակերեւույթի տասնյակ սանտիմետր չափերով: Չնայած հետեւողական կողմնորոշմամբ տարածքը կազմում է ընդամենը 100 միկրոն [3,4], այն հարմար է եղել որոշ ծրագրերի արտադրության կարիքների համար: Մեկ այլ սովորական մեթոդ է սիլիկոնային կարբիդը (SIC) բյուրեղը տաքացնել մինչեւ 1100 ℃ վակուումում, այնպես որ մակերեսի մոտակայքում գտնվող սիլիկոնային ատոմները գոլորշիանում են, եւ մնացած ածխածնի ատոմները վերադասավորվում են, որոնք կարող են լավ հատկություններով ձեռք բերել գրաֆինի նմուշներ:

Graphene- ը եզակի հատկություններով նոր նյութ է. Դրա էլեկտրական հաղորդունակությունը նույնքան հիանալի է, որքան պղինձը, եւ դրա ջերմային հաղորդունակությունն ավելի լավ է, քան ցանկացած հայտնի նյութ: Այն շատ թափանցիկ է: Ուղղահայաց միջադեպի տեսանելի լույսի մի փոքր մասը (2,3%) կլանվի գրաֆենով, եւ լույսի մեծ մասը կանցնի: Այնքան խիտ է, որ նույնիսկ հելիում ատոմները (գազի ամենափոքր մոլեկուլները) չեն կարող անցնել: Այս կախարդական հատկությունները ուղղակիորեն չեն ժառանգվում գրաֆիտից, այլ քվանտային մեխանիկներից: Դրա եզակի էլեկտրական եւ օպտիկական հատկությունները որոշում են, որ այն լայն դիմումի հեռանկարներ ունի:

Չնայած նրան, որ գրաֆինը հայտնվեց միայն տասը տարուց պակաս ժամանակ, այն ցուցադրել է բազմաթիվ տեխնիկական ծրագրեր, ինչը շատ հազվադեպ է ֆիզիկայի եւ նյութական գիտության ոլորտներում: Ընդհանուր նյութերի համար տեւում է ավելի քան տասը տարի կամ նույնիսկ տասնամյակներ, լաբորատորիա տեղափոխվելու իրական կյանք: Որն է գրաֆենի օգտագործումը: Եկեք նայենք երկու օրինակին:

Փափուկ թափանցիկ էլեկտրոդ
Շատ էլեկտրական սարքերում թափանցիկ հաղորդիչ նյութեր պետք է օգտագործվեն որպես էլեկտրոդ: Էլեկտրոնային ժամացույցներ, հաշվիչներ, հեռուստացույցներ, հեղուկ բյուրեղային ցուցադրումներ, հպման էկրաններ, արեւային վահանակներ եւ շատ այլ սարքեր չեն կարող թողնել թափանցիկ էլեկտրոդների առկայությունը: Ավանդական թափանցիկ էլեկտրոդը օգտագործում է Indium Tin Oxide (ITO): Հաճախակի բարձր գնի եւ սահմանափակ մատակարարման պատճառով նյութը փխրուն է եւ ճկունության պակաս, իսկ էլեկտրոդը պետք է պահվի վակուումի միջին շերտում, իսկ արժեքը համեմատաբար բարձր է: Երկար ժամանակ գիտնականները փորձում են գտնել դրա փոխարինողը: Բացի թափանցիկության, լավ հաղորդունակության եւ հեշտ պատրաստման պահանջներից, եթե նյութի ճկունությունն ինքնին լավն է, այն հարմար կլինի «էլեկտրոնային թերթ» կամ այլ ծալովի ցուցադրման սարքեր պատրաստելու համար: Հետեւաբար, ճկունությունը նույնպես շատ կարեւոր կողմ է: Graphene- ը այնպիսի նյութ է, որը շատ հարմար է թափանցիկ էլեկտրոդների համար:

Հարավային Կորեայի Սամսունգի եւ Չենգջունգուայի համալսարանի հետազոտողները գրաֆենային են ստացել քիմիական գոլորշու ախտորոշիչով անկյունագծային երկարությամբ եւ այն փոխանցել 188 միկրոտ հաստ պոլիէթիլենային տետրֆալատ (PET) ֆիլմ `գրաֆինի վրա հիմնված սենսորային էկրանը արտադրելու համար [4]: Ինչպես ցույց է տրված ներքեւում գտնվող նկարում, պղնձե փայլաթիթեղի վրա աճեցված գրաֆինը նախապաշակցվում է ջերմային ժապավենի ժապավենի հետ (կապույտ թափանցիկ մասը), ապա ջեռուցման միջոցով գրաֆինը տեղափոխվում է կենդանիների ֆիլմը Մի շարք

Նոր ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն սարքավորումներ
Graphene- ն ունի շատ յուրօրինակ օպտիկական հատկություններ: Չնայած կա ատոմների ընդամենը մեկ շերտ, այն կարող է կլանել արտանետվող լույսի 2,3% -ը ամբողջ ալիքի երկարության միջակայքում, տեսանելի լույսից մինչեւ ինֆրակարմիր: Այս թիվը ոչ մի կապ չունի գրաֆենի այլ նյութական պարամետրերի հետ եւ որոշվում է քվանտային էլեկտրոդինամիկայով [6]: Ներծծվող լույսը կհանգեցնի փոխադրողների (էլեկտրոնների եւ անցքերի) սերնդի: Գրաֆենում փոխադրողների սերունդն ու տրանսպորտը շատ տարբերվում են ավանդական կիսահաղորդիչների մեջ: Սա Graphene- ը շատ հարմար է դարձնում ծայրահեղ ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն սարքավորումների համար: Հաշվարկվում է, որ նման ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն սարքավորումները կարող են աշխատել 500ghz հաճախականությամբ: Եթե ​​այն օգտագործվում է ազդանշանային փոխանցման համար, այն կարող է վայրկյանում փոխանցել 500 միլիարդ զրո կամ նրանց, եւ լրացրեք մեկ վայրկյանում երկու Blu Ray սկավառակների բովանդակության փոխանցումը:

Միացյալ Նահանգների IBM Thomas J. Watson հետազոտական ​​կենտրոնի փորձագետները գրաֆեն օգտագործել են ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն սարքեր արտադրելու համար, որոնք կարող են աշխատել 10GHz հաճախականությամբ [8]: Նախ, գրաֆենային փաթիլները պատրաստված էին սիլիկոնային ենթաշերտի վրա, որը ծածկված էր 300 նմ հաստությամբ սիլիկայով, «Կասետային արցունքների մեթոդով», իսկ դրա վրա արվել էր պալադիումի ոսկու կամ տիտանի ոսկու էլեկտրոդներ: Այս եղանակով ձեռք է բերվում գրաֆնի վրա հիմնված ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն սարք:

Գրաֆենային ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն սարքավորումների սխեմատիկ դիագրամ եւ սկան էլեկտրոնային մանրադիտակ (SEM) փաստացի նմուշների լուսանկարներ: Գծի մեջ սեւ կարճ գիծը համապատասխանում է 5 միկրո-ի, իսկ մետաղական գծերի միջեւ հեռավորությունը մեկ միկրոն է:

Փորձերի միջոցով հետազոտողները պարզել են, որ այս մետաղի գրաֆինի մետաղական կառուցվածքը ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն սարքը կարող է առավելագույնը հասնել 16GHz- ի աշխատանքային հաճախականությանը, եւ կարող է աշխատել մեծ արագությամբ ալիքի երկարությամբ (թեւկապի) 6 րոպեի ընթացքում (ինֆրակարմիր) Ավանդական ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն խողովակը չի կարող պատասխանել ինֆրակարմիր լույսին `ավելի երկար ալիքի երկարությամբ: Գրաֆենային ֆոտոէլեկտրական ինդուկցիոն սարքավորումների աշխատանքային հաճախականությունը դեռ բարելավման հիանալի տեղ ունի: Դրա բարձրակարգ կատարումը դարձնում է այն դիմումի հեռանկարների լայն տեսականի, ներառյալ հաղորդակցման, հեռակառավարման եւ շրջակա միջավայրի դիտանցում:

Որպես եզակի հատկություններ ունեցող նոր նյութ, գրաֆինի կիրառման վերաբերյալ հետազոտությունը միմյանց հետեւից է առաջանում: Մեզ համար դժվար է թվարկել դրանք այստեղ: Ապագայում առօրյա կյանքում գրաֆենայից եւ մոլեկուլային դետեկտորներից պատրաստված գրաֆենային եւ մոլեկուլային դետեկտորներից պատրաստված գրաֆիկական եւ մոլեկուլային անջատիչներից պատրաստված խողովակներ կարող են լինել ... Graphene, որն աստիճանաբար դուրս է գալիս լաբորատորիաներից:

Կարող ենք ակնկալել, որ մոտ ապագայում կգործեն գրաֆեն օգտագործող մեծ թվով էլեկտրոնային արտադրանք: Մտածեք այն մասին, թե որքան հետաքրքիր կլիներ, եթե մեր սմարթֆոններն ու նեթբուքերը հնարավոր լինեին գլորվել, սեղմված մեր ականջների վրա, լցոնված մեր գրպաններում, կամ չօգտագործված մեր ձեռքերով: