In u 2010, Geim è Novoselov vincenu u Premiu Nobel in fisica per u so travagliu nantu à u grafene.Stu premiu hà lasciatu una impressione profonda in parechje persone.Dopu tuttu, micca ogni strumentu sperimentale di u Premiu Nobel hè cumunu cum'è a cinta adesiva, è micca ogni ughjettu di ricerca hè magicu è faciule da capisce cum'è u grafene di "cristalli bidimensionali".U travagliu in u 2004 pò esse premiatu in u 2010, chì hè raru in u record di u Premiu Nobel in l'ultimi anni.
U grafene hè un tipu di sustanza chì hè custituitu da una sola capa di atomi di carbonu disposti in un reticulatu esagonale bidimensionale.Cum'è u diamante, u grafite, u fullerene, i nanotubi di carbone è u carbonu amorfu, hè una sustanza (sustanza simplice) composta da elementi di carbone.Cum'è mostra in a figura sottu, i fullereni è i nanotubi di carbone ponu esse vistu cum'è arrotolati in una certa manera da una sola capa di graphene, chì hè impilata da parechje strati di graphene.A ricerca teorica nantu à l'usu di u grafene per discrivà e proprietà di diverse sustanzi simplici di carbonu (grafite, nanotubi di carbone è graphene) hà duratu per quasi 60 anni, ma in generale si crede chì tali materiali bidimensionali sò difficiuli di esisti in modu stabile solu. solu attaccatu à a superficia di u sustrato tridimensionale o à l'internu di sustanzi cum'è grafite.Ùn era micca finu à u 2004 chì Andre Geim è u so studiente Konstantin Novoselov anu sguassatu una sola capa di grafene da u grafite per esperimenti chì a ricerca nantu à u grafene hà ottinutu un novu sviluppu.
Sia u fullerene (a manca) è u nanotubu di carbone (a meza) ponu esse cunsiderati cum'è arrotolati da una sola capa di grafene in qualchì modu, mentre chì u grafite (a diritta) hè impilatu da parechje strati di grafene attraversu a cunnessione di a forza di van der Waals.
Oghje, u grafene pò esse acquistatu in parechje manere, è i metudi diffirenti anu i so vantaghji è svantaghji.Geim è Novoselov anu uttenutu grafene in modu simplice.Aduprendu nastri trasparenti dispunibili in i supermercati, anu strappatu u grafene, una foglia di grafite cù una sola strata di atomi di carbonu grossu, da un pezzu di grafite piroliticu d'altu ordine.Questu hè cunvenutu, ma a cuntrullabilità ùn hè micca cusì bona, è u grafene cù una dimensione di menu di 100 microns (una decima di un millimetru) pò esse acquistatu solu, chì pò esse usatu per esperimenti, ma hè difficiule d'esse usatu per pratichi. applicazioni.A deposizione chimica di vapore pò cresce campioni di grafene cù a dimensione di decine di centimetri nantu à a superficia metallica.Ancu s'è l'area cù l'orientazione coherente hè solu 100 microns [3,4], hè stata adattata per i bisogni di produzzione di alcune applicazioni.Un altru mètudu cumuni hè di scaldà u cristallu di carburu di siliciu (SIC) à più di 1100 ℃ in vacuum, in modu chì l'atomi di siliciu vicinu à a superficia s'evaporanu, è l'atomi di carbonu rimanenti sò riarrangati, chì ponu ancu ottene campioni di grafene cù boni proprietà.
U grafene hè un novu materiale cù proprietà uniche: a so cunduttività elettrica hè eccellente cum'è u ramu, è a so cunduttività termale hè megliu cà qualsiasi materiale cunnisciutu.Hè assai trasparente.Solu una piccula parte (2,3%) di a luce visibile incidente verticale serà assorbita da u graphene, è a maiò parte di a luce passerà.Hè cusì densu chì ancu l'atomi di l'helium (i molécule di gas più chjuche) ùn ponu micca passà.Queste proprietà magiche ùn sò micca direttamente eredite da u grafitu, ma da a meccanica quantistica.E so proprietà elettriche è ottiche uniche determinanu chì hà ampie prospettive d'applicazione.
Ancu s'è u graphene hè apparsu solu per menu di deci anni, hà dimustratu parechje applicazioni tecniche, chì hè assai raru in i campi di a fisica è a scienza di i materiali.Ci vole più di deci anni o ancu decennii per i materiali generali per passà da u laboratoriu à a vita reale.Chì hè l'usu di u grafene ?Fighjemu dui esempii.
Elettrodu trasparente morbido
In parechji apparecchi elettrici, i materiali cunduttori trasparenti anu da esse usatu cum'è elettrodi.Orologi elettronici, calculatrici, televisioni, display di cristalli liquidi, schermi tattili, pannelli solari è parechji altri dispositi ùn ponu micca lascià l'esistenza di elettrodi trasparenti.L'elettrodu trasparente tradiziunale usa l'ossidu di l'indiu di stagnu (ITO).A causa di u prezzu altu è u fornimentu limitatu di indiu, u materiale hè fragile è a mancanza di flessibilità, è l'elettrodu deve esse dipositu in a capa media di u vacuum, è u costu hè relativamente altu.Per un bellu pezzu, i scientisti anu pruvatu à truvà u so sustitutu.In più di i requisiti di trasparenza, una bona conduttività è una preparazione faciule, se a flessibilità di u materiale stessu hè bona, serà adattatu per fà "carta elettronica" o altri dispositi di visualizazione plegabile.Dunque, a flessibilità hè ancu un aspettu assai impurtante.Graphene hè un tali materiale, chì hè assai adattatu per elettrodi trasparenti.
I ricercatori di Samsung è di l'Università di Chengjunguan in Corea di u Sud anu ottenutu u grafene cù una diagonale di 30 inch da a deposizione chimica di vapore è l'hanu trasferitu à un film di polietilene tereftalate (PET) di 188 microns per pruduce un touch screen basatu in graphene [4].Cum'è mostra in a figura sottu, u grafene cultivatu nantu à a foglia di rame hè prima ligata cù a cinta di striscia termica (parte trasparente blu), dopu a foglia di rame hè dissoluta per un metudu chimicu, è infine u grafene hè trasferitu à a film PET per riscaldamentu. .
Novu equipamentu di induzione fotoelettrica
U grafene hà proprietà ottiche assai uniche.Ancu s'ellu ci hè solu una capa di atomi, pò assorbe u 2,3% di a luce emessa in tutta a gamma di lunghezza d'onda da a luce visibile à l'infrared.Stu numeru ùn hà nunda di fà cù altri paràmetri materiali di u grafene è hè determinatu da l'elettrodinamica quantistica [6].A luce assorbita porta à a generazione di trasportatori (elettroni è buchi).A generazione è u trasportu di trasportatori in graphene sò assai diffirenti di quelli in semiconduttori tradiziunali.Questu rende u grafene assai adattatu per l'equipaggiu di induzione fotoelettrica ultraveloce.Hè stimatu chì tali apparecchi di induzione fotoelettrica pò travaglià à a freccia di 500ghz.S'ellu hè utilizatu per a trasmissione di u signale, pò trasmette 500 billion zeri o uni per seconda, è compie a trasmissione di u cuntenutu di dui dischi Blu-ray in una seconda.
I sperti di l'IBM Thomas J. Watson Research Center in i Stati Uniti anu utilizatu u grafene per fabricà apparecchi di induzione fotoelettrica chì ponu travaglià à a freccia di 10GHz [8].Prima, i fiocchi di grafene sò stati preparati nantu à un sustrato di siliciu coperto cù silice di 300 nm di spessore per "metudu di tape tearing", è dopu l'elettrodi d'oru di palladiu o di titaniu cù un intervallu di 1 micron è una larghezza di 250 nm sò stati fatti nantu à questu.In questu modu, hè ottenutu un dispositivu di induzione fotoelettrica basatu in graphene.
Schema schematicu di l'equipaggiu di induzione fotoelettrica di grafene è di e foto di microscopiu elettronicu à scanning (SEM) di campioni reali.A linea corta negra in a figura currisponde à 5 microns, è a distanza trà e linee metalliche hè un micron.
Attraversu esperimenti, i circadori truvaru chì stu dispusitivu di induzione fotoelettrica di struttura metallica di grafene pò ghjunghje à a freccia di travagliu di 16ghz à u massimu, è pò travaglià à alta velocità in a gamma di lunghezze d'onda da 300 nm (vicinu ultraviolet) à 6 microns (infrared), mentre u tubu di induzione fotoelettrica tradiziunale ùn pò micca risponde à a luce infrarossa cù una lunghezza d'onda più longa.A frequenza di travagliu di l'equipaggiu di induzione fotoelettrica di grafene hà sempre un grande spaziu per migliurà.U so rendimentu superiore face chì hà una larga gamma di prospettive di applicazione, cumprese a cumunicazione, u cuntrollu remoto è u monitoraghju ambientale.
Cum'è un novu materiale cù pruprietà uniche, a ricerca nantu à l'applicazione di u grafene hè emergente una dopu l'altru.Hè difficiule per noi di enumerarli quì.In u futuru, ci ponu esse tubi à effettu di campu fatti di grafene, interruttori molecolari fatti di grafene è rivelatori molecolari fatti di grafene in a vita di ogni ghjornu... U grafene chì esce gradualmente da u laboratoriu brillarà in a vita di ogni ghjornu.
Pudemu aspittà chì un gran numaru di prudutti elettronichi chì utilizanu grafene appariscenu in un futuru vicinu.Pensate à quantu seria interessante se i nostri smartphones è netbooks puderanu esse arrotolati, appiccicati à l'arechje, imbutiti in i nostri sacchetti, o avvolti intornu à i nostri polsi quandu ùn sò micca in usu!
Tempu di Postu: Mar-09-2022