banner

Wat ass d'Benotzung vu Graphen?Zwee Uwendungsfäll léisst Iech d'Applikatiounsperspektiv vu Graphen verstoen

Am Joer 2010 hunn de Geim an de Novoselov den Nobelpräis an der Physik fir hir Aarbecht iwwer Graphen gewonnen.Dëse Präis huet op vill Leit en déiwen Androck hannerlooss.No all, ass net all Nobelpräis experimentell Instrument sou heefeg wéi Klebeband, an net all Fuerschung Objet ass sou magesch an einfach ze verstoen wéi "zweedimensional Kristallsglas produzéiert" graphene.D'Aarbecht am Joer 2004 kann am Joer 2010 ausgezeechent ginn, wat am Rekord vum Nobelpräis an de leschte Joeren rar ass.

Graphene ass eng Aart vu Substanz déi aus enger eenzeger Schicht vu Kuelestoffatome besteet, déi enk an en zweedimensional Hunneg-sechseckeg Gitter arrangéiert sinn.Wéi Diamant, Grafit, Fulleren, Kuelestoff Nanotubes an amorph Kuelestoff, ass et eng Substanz (einfach Substanz) besteet aus Kuelestoffelementer.Wéi an der Figur hei ënnendrënner gewisen, kënnen Fullerenen a Kuelestoff Nanotube gesi ginn wéi op iergendeng Manéier aus enger eenzeger Schicht Graphen opgerullt ginn, déi vu ville Graphenschichten gestapelt ass.Déi theoretesch Fuerschung iwwer d'Benotzung vu Graphen fir d'Eegeschafte vu verschiddene Kuelestoff einfache Substanzen (Graphit, Kuelestoff Nanotubes a Graphen) ze beschreiwen huet bal 60 Joer gedauert, awer et gëtt allgemeng ugeholl datt sou zweedimensional Materialien schwéier eleng stabil existéieren, nëmmen un der dräi-zweedimensional Substrat Uewerfläch oder bannen Substanze wéi GRAPHITE befestegt.Eréischt am Joer 2004 hunn den Andre Geim a säi Student Konstantin Novoselov duerch Experimenter eng eenzeg Schicht Graphen aus Graphit entlooss, datt d'Fuerschung iwwer Graphen nei Entwécklung erreecht huet.

Béid Fulleren (lénks) a Kuelestoff Nanotube (Mëtt) kënne ugesi ginn als opgerullt vun enger eenzeger Schicht Graphen op iergendeng Manéier, während Grafit (riets) duerch verschidde Schichten vu Graphen duerch d'Verbindung vun der Van der Waals Kraaft gestapelt gëtt.

Hautdesdaags kann Graphen op vill Manéiere kritt ginn, a verschidde Methoden hunn hir eegen Virdeeler an Nodeeler.Geim an Novoselov krut graphene op eng einfach Manéier.Mat engem transparenten Klebeband, deen an de Supermarchéen verfügbar ass, hu si Graphen, e Grafitplack mat nëmmen enger Schicht vu Kuelestoffatomer déck, aus engem Stéck héich-Uerdnung pyrolytesche Grafit ofgerappt.Dëst ass bequem, awer d'Kontrollbarkeet ass net sou gutt, a Grafen mat enger Gréisst vu manner wéi 100 Mikron (een Zéngtel Millimeter) kann nëmme kritt ginn, wat fir Experimenter benotzt ka ginn, awer et ass schwéier fir praktesch ze benotzen Uwendungen.Chemesch Dampdepositioun kann Graphenproben mat der Gréisst vun zéng Zentimeter op der Metalloberfläche wuessen.Och wann d'Gebitt mat konsequent Orientéierung nëmmen 100 Mikron [3,4] ass, ass et gëeegent fir d'Produktiounsbedürfnisser vun e puer Uwendungen.Eng aner gemeinsam Method ass fir de Siliciumcarbid (SIC) Kristall op méi wéi 1100 ℃ am Vakuum ze erhëtzen, sou datt d'Siliziumatome no bei der Uewerfläch verdampen, an déi verbleiwen Kuelestoffatome ëmgearrangéiert ginn, wat och Graphen-Proben mat gudden Eegeschafte kritt.

Graphene ass en neit Material mat eenzegaartegen Eegeschaften: seng elektresch Konduktivitéit ass sou excellent wéi Kupfer, a seng thermesch Konduktivitéit ass besser wéi all bekannt Material.Et ass ganz transparent.Nëmmen e klengen Deel (2,3%) vum vertikale siichtbare Liicht gëtt duerch Graphen absorbéiert, an de gréissten Deel vum Liicht passéiert duerch.Et ass sou dicht, datt souguer Heliumatomer (déi klengste Gasmoleküle) net duerchgoe kënnen.Dës magesch Eegeschafte ginn net direkt vu Grafit ierflecher, mee aus der Quantemechanik.Seng eenzegaarteg elektresch an optesch Eegeschafte bestëmmen datt et breet Uwendungsperspektiven huet.

Och wann d'Grafén nëmme manner wéi zéng Joer erschéngt, huet et vill technesch Uwendungen gewisen, wat an de Beräicher vun der Physik a Materialwëssenschaft ganz rar ass.Et dauert méi wéi zéng Joer oder souguer Joerzéngte fir allgemeng Materialien vum Laboratoire an d'real Liewen ze plënneren.Wat ass d'Benotzung vu Graphen?Loosst eis zwee Beispiller kucken.

Soft transparent Elektroden
A ville elektreschen Apparater musse transparent konduktiv Materialien als Elektroden benotzt ginn.Elektronesch Aueren, Rechner, Fernseher, Liquid Crystal Displays, Touchscreens, Solarpanneauen a vill aner Apparater kënnen d'Existenz vun transparenten Elektroden net verloossen.Déi traditionell transparent Elektrode benotzt Indium Zinnoxid (ITO).Wéinst dem héije Präis a limitéierter Versuergung vun Indium ass d'Material brécheg a Mangel u Flexibilitéit, an d'Elektrode muss an der Mëttelschicht vum Vakuum deposéiert ginn, an d'Käschte si relativ héich.Fir eng laang Zäit hunn d'Wëssenschaftler probéiert säin Ersatz ze fannen.Zousätzlech zu den Ufuerderunge vun der Transparenz, der gudder Konduktivitéit an der einfacher Virbereedung, wann d'Flexibilitéit vum Material selwer gutt ass, ass et gëeegent fir "elektronescht Pabeier" oder aner ausklappbare Displayapparater ze maachen.Dofir ass Flexibilitéit och e ganz wichtegen Aspekt.Graphene ass esou e Material, dat ganz gëeegent ass fir transparent Elektroden.

Fuerscher vun der Samsung an der chengjunguan Universitéit a Südkorea kruten Graphen mat enger diagonaler Längt vun 30 Zoll duerch chemesch Dampdepositioun an hunn et op en 188 Mikron décke Polyethylenterephthalat (PET) Film iwwerdroen fir e Graphen-baséiert Touchscreen ze produzéieren [4].Wéi an der Figur hei ënnendrënner, gëtt de Graphen, deen op der Kupferfolie gewuess ass, fir d'éischt mat dem thermesche Strippband (bloen transparenten Deel) gebonnen, duerno gëtt d'Kupferfolie duerch chemesch Method opgeléist, a schliisslech gëtt de Graphen an de PET-Film duerch Heizung transferéiert. .

Nei photoelektresch Induktiounsausrüstung
Graphene huet ganz eenzegaarteg optesch Eegeschaften.Obwuel et nëmmen eng Schicht vun Atomer ass, kann et 2,3% vum emittéierte Liicht am ganze Wellelängteberäich vu sichtbarem Liicht bis Infrarout absorbéieren.Dës Zuel huet näischt mat anere Materialparameter vu Graphen ze dinn a gëtt duerch d'Quanteelektrodynamik bestëmmt [6].Dat absorbéiert Liicht féiert zu der Generatioun vun Träger (Elektronen a Lächer).D'Generatioun an den Transport vun Träger am Graphen si ganz anescht wéi déi an traditionelle Hallefleit.Dëst mécht Graphen ganz gëeegent fir ultraschnell fotoelektresch Induktiounsausrüstung.Et gëtt geschat datt sou photoelektresch Induktiounsausrüstung mat der Frequenz vu 500ghz funktionéiere kann.Wann et fir d'Signaliwwerdroung benotzt gëtt, kann et 500 Milliarden Nullen oder Eener pro Sekonn iwwerdroen, an d'Iwwerdroung vum Inhalt vun zwee Blu-Ray Discs an enger Sekonn fäerdeg maachen.

Experten vum IBM Thomas J. Watson Research Center an den USA hunn Graphene benotzt fir photoelektresch Induktiounsapparater ze fabrizéieren déi op 10GHz Frequenz funktionnéiere kënnen [8].Als éischt goufen graphene Flakelen op engem Siliziumsubstrat virbereet mat 300 nm décke Silika duerch "Tape-Trähnmethod", an duerno Palladium Gold oder Titan Gold Elektroden mat engem Intervall vun 1 Mikron an enger Breet vun 250 nm op et gemaach.Op dës Manéier gëtt e graphene-baséiert fotoelektrescht Induktiounsapparat kritt.

Schematesch Diagramm vu graphene photoelektreschen Induktiounsausrüstung a Scannen Elektronenmikroskop (SEM) Fotoen vun aktuellen Echantillon.Déi schwaarz kuerz Linn an der Figur entsprécht 5 Mikron, an d'Distanz tëscht Metalllinnen ass ee Mikron.

Duerch Experimenter hunn d'Fuerscher erausfonnt datt dëst Photoelektrescht Induktiounsapparat vun der Metallgraphen Metallstruktur d'Aarbechtsfrequenz vu maximal 16ghz erreechen kann, a mat héijer Geschwindegkeet am Wellelängteberäich vun 300 nm (no ultraviolet) bis 6 Mikron (Infrarout) funktionéiere kann, wärend déi traditionell photoelektresch Induktiounsröhre kann net op Infraroutlicht mat méi Wellelängt reagéieren.D'Aarbechtsfrequenz vu Graphen-fotoelektreschen Induktiounsausrüstung huet nach ëmmer vill Plaz fir Verbesserung.Seng super Leeschtung mécht et eng breet Palette vun Applikatioun Perspektiven, dorënner Kommunikatioun, Fernsteierung an Ëmwelt Iwwerwachung.

Als neit Material mat eenzegaartegen Eegeschaften entstinn d'Fuerschung iwwer d'Applikatioun vu Graphen een nom aneren.Et ass schwéier fir eis se hei opzezielen.An Zukunft kënnen et Feldeffekt-Réier aus Graphen ginn, molekulare Schalter aus Graphen a molekulare Detektoren aus Graphen am Alldag ... Graphen, dat graduell aus dem Laboratoire kënnt, blénkt am Alldag.

Mir kënnen erwaarden datt eng grouss Zuel vun elektronesche Produkter mat Graphen an der nächster Zukunft erschéngen.Denkt drun wéi interessant et wier wann eis Smartphones an Netbooks kéinten opgerullt ginn, op d'Oueren ageklemmt ginn, an d'Taschen gestoppt ginn oder ëm d'Handgelenk gewéckelt ginn wann se net benotzt ginn!


Post Zäit: Mar-09-2022