bratach

Dè a th 'ann an graphene a chleachdadh?Leigidh dà chùis tagraidh dhut sealladh tagraidh graphene a thuigsinn

Ann an 2010, choisinn Geim agus Novoselov an Duais Nobel ann am fiosaig airson an cuid obrach air graphene.Tha an duais seo air buaidh mhòr a thoirt air mòran dhaoine.Às deidh na h-uile, chan eil a h-uile inneal deuchainneach Duais Nobel cho cumanta ri teip adhesive, agus chan eil a h-uile nì rannsachaidh cho draoidheil agus cho furasta a thuigsinn ri graphene “criostail dà-mheudach”.Faodar an obair ann an 2004 a thoirt seachad ann an 2010, rud a tha gu math tearc ann an clàr an Duais Nobel anns na bliadhnachan mu dheireadh.

Is e seòrsa de stuth a th’ ann an graphene a tha air a dhèanamh suas de aon shreath de dadaman gualain air an rèiteachadh gu dlùth ann an leusair sia-taobhach cìr-mheala dà-thaobhach.Coltach ri daoimean, grafait, fullerene, carbon nanotubes agus carbon amorphous, tha e na stuth (stuth sìmplidh) air a dhèanamh suas de eileamaidean gualain.Mar a chithear san fhigear gu h-ìosal, chithear fullerenes agus nanotubes gualain mar a bhith air an roiligeadh suas ann an dòigh air choreigin bho aon shreath de graphene, a tha air a chruachadh le mòran shreathan de graphene.Tha an rannsachadh teòiridheach air cleachdadh graphene airson cunntas a thoirt air feartan diofar stuthan gualain sìmplidh (graphite, carbon nanotubes agus graphene) air mairsinn faisg air 60 bliadhna, ach sa chumantas thathas a’ creidsinn gu bheil stuthan dà-mheudach mar sin duilich a bhith ann gu seasmhach leotha fhèin, dìreach ceangailte ri uachdar an t-substrate trì-thaobhach no taobh a-staigh stuthan mar grafait.Cha b’ ann gu 2004 a thug Andre Geim agus an oileanach aige Konstantin Novoselov air falbh aon shreath de graphene bho ghrafait tro dheuchainnean a fhuair an rannsachadh air graphene leasachadh ùr.

Faodar an dà chuid fullerene (clì) agus carbon nanotube (meadhan) a mheas mar bhith air an roiligeadh suas le aon shreath de graphene ann an dòigh air choreigin, fhad ‘s a tha grafait (deas) air a chruachadh le grunn shreathan de graphene tro cheangal feachd van der Waals.

An-diugh, gheibhear graphene ann an iomadh dòigh, agus tha na buannachdan agus na h-eas-bhuannachdan aca fhèin aig diofar dhòighean.Fhuair Geim agus Novoselov graphene ann an dòigh shìmplidh.A’ cleachdadh teip fhollaiseach a bha ri fhaighinn ann am mòr-bhùithtean, thug iad air falbh graphene, duilleag grafait anns nach robh ach aon shreath de dh’ atoman gualain tiugh, bho phìos de ghrafait pyrolytic àrd-òrdugh.Tha seo goireasach, ach chan eil an smachd cho math, agus chan fhaighear graphene le meud nas lugha na 100 microns (aon deicheamh cuid de mhìleatair), a dh'fhaodar a chleachdadh airson deuchainnean, ach tha e duilich a chleachdadh airson practaigeach iarrtasan.Faodaidh tasgadh bhalbhaichean ceimigeach fàs sampaill graphene le meud deichean de cheudameatairean air an uachdar meatailt.Ged nach eil an raon le stiùireadh cunbhalach ach 100 microns [3,4], tha e air a bhith freagarrach airson feumalachdan cinneasachaidh cuid de thagraidhean.Is e dòigh cumanta eile an criostal silicon carbide (SIC) a theasachadh gu còrr air 1100 ℃ ann am falamh, gus am bi na dadaman silicon faisg air an uachdar a ’falmhachadh, agus na dadaman gualain a tha air fhàgail air an ath-rèiteachadh, a dh’ fhaodas sampallan graphene fhaighinn le deagh fheartan.

Is e stuth ùr a th’ ann an Graphene le feartan sònraichte: tha an giùlan dealain aige cho math ri copar, agus tha an giùlan teirmeach aige nas fheàrr na stuth sam bith a tha aithnichte.Tha e gu math follaiseach.Cha tèid ach pàirt bheag (2.3%) den t-solas faicsinneach tachartas dìreach a ghabhail a-steach le graphene, agus thèid a’ mhòr-chuid den t-solas troimhe.Tha e cho dùmhail nach urrainn eadhon dadaman helium (na moileciuilean gas as lugha) a dhol troimhe.Chan eil na feartan draoidheil sin air an sealbhachadh gu dìreach bho ghrafait, ach bho mheacanaig quantum.Tha na feartan sònraichte dealain is optigeach aige a’ dearbhadh gu bheil dùilean tagraidh farsaing aige.

Ged nach eil graphene air nochdadh ach airson nas lugha na deich bliadhna, tha e air mòran thagraidhean teignigeach a nochdadh, rud a tha gu math tearc ann an raointean fiosaigs agus saidheans stuthan.Bheir e còrr is deich bliadhna no eadhon deicheadan airson stuthan coitcheann gluasad bho obair-lann gu fìor bheatha.Dè a th 'ann an graphene a chleachdadh?Bheir sinn sùil air dà eisimpleir.

Electrode bog follaiseach
Ann am mòran innealan dealain, feumar stuthan giùlain follaiseach a chleachdadh mar electrodan.Chan urrainn dha uaireadairean dealanach, àireamhairean, telebhiseanan, taisbeanaidhean criostail leaghaidh, scrionaichean suathaidh, panalan grèine agus mòran innealan eile a bhith a’ fàgail gu bheil dealanan follaiseach ann.Bidh an electrode follaiseach traidiseanta a’ cleachdadh indium tin oxide (ITO).Mar thoradh air a ’phrìs àrd agus solar cuibhrichte indium, tha an stuth brisg agus dìth sùbailteachd, agus feumar an dealan a chuir a-steach don t-sreath mheadhanach falamh, agus tha a’ chosgais an ìre mhath àrd.Airson ùine mhòr, tha luchd-saidheans air a bhith a 'feuchainn ri fear eile a lorg.A bharrachd air riatanasan follaiseachd, deagh ghiùlan agus ullachadh furasta, ma tha sùbailteachd an stuth fhèin math, bidh e freagarrach airson “pàipear dealanach” no innealan taisbeanaidh fillte eile a dhèanamh.Mar sin, tha sùbailteachd cuideachd na phàirt glè chudromach.Tha Graphene na stuth mar sin, a tha gu math freagarrach airson electrodes follaiseach.

Fhuair luchd-rannsachaidh bho Samsung agus Oilthigh chengjunguan ann an Coirea a Deas graphene le fad trastain de 30 òirleach le tasgadh bhalbhaichean ceimigeach agus ghluais iad e gu film polyethylene terephthalate (PET) 188 micron tiugh gus scrion suathaidh stèidhichte air graphene [4] a thoirt gu buil.Mar a chithear san fhigear gu h-ìosal, tha an graphene a tha air fhàs air an fhoil copair air a cheangal an toiseach leis an teip stripping teirmeach (pàirt ghorm follaiseach), an uairsin tha am foil copair air a sgaoileadh le modh ceimigeach, agus mu dheireadh tha an graphene air a ghluasad chun fhilm PET le teasachadh .

Uidheam inntrigidh photoelectric ùr
Tha feartan optigeach sònraichte aig Graphene.Ged nach eil ann ach aon shreath de dadaman, faodaidh e 2.3% den t-solas a thèid a sgaoileadh a ghabhail a-steach anns an raon tonn-tonn gu lèir bho sholas faicsinneach gu infridhearg.Chan eil dad aig an àireamh seo ri paramadairean stuthan eile de graphene agus tha e air a dhearbhadh le electrodynamics cuantamach [6].Leanaidh an solas a tha air a ghabhail a-steach gu gineadh luchd-giùlan (dealan agus tuill).Tha gineadh agus còmhdhail luchd-giùlan ann an graphene gu math eadar-dhealaichte bhon fheadhainn ann an semiconductors traidiseanta.Tha seo a’ dèanamh graphene gu math freagarrach airson uidheamachd inntrigidh photoelectric ultrafast.Thathas den bheachd gum faodadh an leithid de uidheamachd inntrigidh photoelectric obrachadh aig tricead 500ghz.Ma thèid a chleachdadh airson tar-chuir chomharran, faodaidh e 500 billean neamhan no feadhainn gach diog a thar-chuir, agus crìoch a chuir air tar-chuir susbaint dà chlàr Blu-ray ann an aon diog.

Tha eòlaichean bho Ionad Rannsachaidh IBM Thomas J. Watson anns na Stàitean Aonaichte air graphene a chleachdadh gus innealan-inntrigidh photoelectric a dhèanamh a dh'fhaodas obrachadh aig tricead 10GHz [8].An toiseach, chaidh flakes graphene ullachadh air substrate sileacain còmhdaichte le silica tiugh 300 nm le “dòigh sgrìobadh teip”, agus an uairsin chaidh dealanan òir palladium no òr titanium le eadar-ama de 1 micron agus leud 250 nm a dhèanamh air.San dòigh seo, gheibhear inneal inntrigidh photoelectric stèidhichte air graphene.

Diagram sgeamach de uidheamachd inntrigidh photoelectric graphene agus a’ sganadh dealbhan microsgop dealanach (SEM) de fhìor shamhlaichean.Tha an loidhne ghoirid dhubh san fhigear a 'freagairt ri 5 micron, agus tha an astar eadar loidhnichean meatailt aon mhicron.

Tro dheuchainnean, lorg an luchd-rannsachaidh gum faod an inneal inntrigidh photoelectric structar meatailt graphene meatailt seo tricead obrach 16ghz a ruighinn aig a ’char as motha, agus gun urrainn dha obrachadh aig astar àrd anns an raon tonn-tonn bho 300 nm (faisg air ultraviolet) gu 6 microns (infridhearg), agus chan urrainn don phìob inntrigidh photoelectric traidiseanta freagairt a thoirt do sholas fo-dhearg le tonn-tonn nas fhaide.Tha àite math fhathast ann airson leasachadh air tricead obrach uidheamachd inntrigidh photoelectric graphene.Tha an coileanadh adhartach aige a’ fàgail gu bheil raon farsaing de chothroman tagraidh aige, a’ toirt a-steach conaltradh, smachd aig astar agus sgrùdadh àrainneachd.

Mar stuth ùr le feartan sònraichte, tha an rannsachadh air cleachdadh graphene a’ nochdadh aon às deidh a chèile.Tha e duilich dhuinn an àireamhachadh an seo.Anns an àm ri teachd, is dòcha gum bi tiùban buaidh achaidh air an dèanamh le graphene, suidsichean moileciuil air an dèanamh le graphene agus lorgairean moileciuil air an dèanamh le graphene ann am beatha làitheil… Bidh graphene a thig a-mach às an obair-lann mean air mhean a’ deàrrsadh ann am beatha làitheil.

Faodaidh sinn a bhith an dùil gun nochd àireamh mhòr de thoraidhean dealanach a ’cleachdadh graphene a dh’ aithghearr.Smaoinich air cho inntinneach sa bhiodh e nan gabhadh na fònaichean sgairteil agus na leabhraichean-lìn againn a bhith air an roiligeadh suas, air an clampadh air ar cluasan, air an lìonadh nar pòcaidean, no air am pasgadh timcheall ar dùirn nuair nach eilear gan cleachdadh!


Ùine puist: Mar-09-2022