2010-njy ýylda Geim we Nowoselow grafen boýunça alyp barýan işleri üçin fizika boýunça Nobel baýragyna eýe boldular.Bu baýrak köp adamda uly täsir galdyrdy.Galyberse-de, Nobel baýragynyň synag synag gurallarynyň hemmesi ýelimleýji lenta ýaly umumy däl we her bir gözleg obýekti “iki ölçegli kristal” grafeni ýaly jadyly we düşünmek aňsat däl.2004-nji ýyldaky iş 2010-njy ýylda berlip bilner, bu soňky ýyllarda Nobel baýragynyň ýazgysynda seýrek bolýar.
Grafen, iki ölçegli bal ary altyburçly panjara ýakyn ýerleşdirilen uglerod atomlarynyň bir gatlagyndan ybarat bir görnüş.Göwher, grafit, fullerin, uglerod nanoturgylary we amorf uglerod ýaly, uglerod elementlerinden düzülen madda (ýönekeý madda).Aşakdaky suratda görkezilişi ýaly, fullerenler we uglerod nanoturbajyklary grafeniň köp gatlaklary bilen örtülen bir grafen gatlagyndan belli bir derejede togalanandygyny görmek bolýar.Dürli uglerod ýönekeý maddalarynyň (grafit, uglerod nanoturbajyklary we grafen) häsiýetlerini suratlandyrmak üçin grafeniň ulanylyşy baradaky nazaryýet gözlegleri takmynan 60 ýyl dowam etdi, ýöne adatça şeýle iki ölçegli materiallaryň ýeke özi bar bolmagy kyn hasaplanýar, diňe üç ölçegli substratyň ýüzüne ýa-da grafit ýaly içki maddalara dakylýar.2004-nji ýyla çenli Andre Geim we okuwçysy Konstantin Nowoselow synaglaryň netijesinde grafeniň bir gatlagyny grafitden aýryp, grafen boýunça gözleg täze ösüş gazandy.
Fullerene (çepde) we uglerod nanotube (ortada) grafeniň bir gatlagy tarapyndan belli bir derejede togalanan hasap edilip bilner, grafit (sagda) bolsa van der Waals güýjüniň birikmesi arkaly grafeniň birnäçe gatlagy bilen saklanýar.
Häzirki wagtda grafeni köp usullar bilen alyp bolýar we dürli usullaryň öz artykmaçlyklary we kemçilikleri bar.Geim we Nowoselow grafeni ýönekeý usulda aldylar.Supermarketlerde bar bolan aç-açan lentany ulanyp, ýokary tertipli pirolitiki grafitiň bir böleginden galyň uglerod atomlarynyň diňe bir gatlagy bolan grafit sahypasyny çykardylar.Bu amatly, ýöne gözegçilik edip bolmajak derejede gowy däl we ululygy 100 mikrondan (millimetriň ondan biri) grafeni diňe synaglar üçin ulanyp bolýar, ýöne amaly taýdan ulanmak kyn goýmalary.Himiki buglaryň çökmegi, demir ýüzünde onlarça santimetr ululykdaky grafen nusgalaryny ösdürip biler.Yzygiderli ugry bolan meýdany bary-ýogy 100 mikron [3,4] bolsa-da, käbir programmalaryň önümçilik zerurlyklary üçin amatlydy.Anotherene bir giňden ýaýran usul, kremniý karbidini (SIK) kristalyny wakuumda 1100 than-dan gowrak gyzdyrmak, ýeriň golaýyndaky kremniy atomlary bugarmak we galan uglerod atomlary tertipleşdirmek, bu hem gowy häsiýetleri bolan grafen nusgalaryny alyp biler.
Grafen üýtgeşik aýratynlyklary bolan täze materialdyr: elektrik geçirijiligi mis ýaly ajaýyp, ýylylyk geçirijiligi bolsa belli materiallardan has gowudyr.Bu örän aç-açan.Dik hadysanyň diňe ujypsyzja bölegi (2.3%) grafen bilen siňer we ýagtylygyň köp bölegi geçer.Şeýle bir dykyz welin, hatda geliý atomlary (iň kiçi gaz molekulalary) hem geçip bilmeýär.Bu jadyly häsiýetler göni grafitden däl-de, kwant mehanikasyndan miras galypdyr.Özboluşly elektrik we optiki aýratynlyklary, giň amaly perspektiwalarynyň bardygyny kesgitleýär.
Grafen diňe on ýyldan az wagt bäri peýda bolsa-da, fizika we material ylymlary pudagynda seýrek duş gelýän köp sanly tehniki amaly görkezdi.Umumy materiallaryň laboratoriýadan hakyky durmuşa geçmegi üçin on ýyldan gowrak, hatda onlarça ýyl gerek.Grafeniň ulanylyşy näme?Iki mysala seredeliň.
Softumşak aç-açan elektrod
Elektrik enjamlarynyň köpüsinde aç-açan geçiriji materiallar elektrod hökmünde ulanylmaly.Elektron sagatlar, kalkulýatorlar, telewizorlar, suwuk kristal displeýler, duýgur ekranlar, gün panelleri we beýleki köp enjamlar aç-açan elektrodlaryň bardygyny goýup bilmez.Adaty aç-açan elektrod indiý galaýy oksidini (ITO) ulanýar.Indiniň ýokary bahasy we çäkli üpjünçiligi sebäpli material döwük we çeýeligiň ýoklugy sebäpli elektrod wakuumyň orta gatlagyna goýulmaly we bahasy birneme ýokary.Alymlar uzak wagt bäri onuň ornuny tapmaga synanyşýarlar.Aç-açanlyk, oňat geçirijilik we aňsat taýýarlyk talaplaryndan başga-da, materialyň çeýeligi gowy bolsa, “elektron kagyzy” ýa-da beýleki bukulýan ekran enjamlaryny ýasamak üçin amatly bolar.Şonuň üçin çeýeligi hem örän möhüm tarapdyr.Grafen şeýle aç-açan elektrodlar üçin örän amatly materialdyr.
Günorta Koreýadaky Samsung we Çengjunguan uniwersitetiniň gözlegçileri himiki bug çökdürilmegi bilen diagonaly uzynlygy 30 dýuým bolan grafeni aldylar we grafen esasly duýgur ekran öndürmek üçin 188 mikron galyňlykdaky polietilen teraftalat (PET) filmine geçirdiler [4].Aşakdaky suratda görkezilişi ýaly, mis folga bilen ösdürilip ýetişdirilen grafen ilki bilen ýylylyk zolak lentasy (gök açyk bölek) bilen baglanyşdyrylýar, soňra mis folga himiki usul bilen ereýär we ahyrynda grafen ýyladyş arkaly PET filmine geçirilýär. .
Täze fotoelektrik induksiýa enjamlary
Grafeniň özboluşly optiki aýratynlyklary bar.Atomlaryň diňe bir gatlagy bar bolsa-da, görünýän ýagtylykdan infragyzyllyga çenli ähli tolkun uzynlygyndaky çykýan ýagtylygyň 2,3% -ini siňdirip biler.Bu sanyň grafeniň beýleki material parametrleri bilen hiç hili baglanyşygy ýok we kwant elektrodinamikasy bilen kesgitlenýär [6].Siňdirilen ýagtylyk göterijileriň (elektronlaryň we deşikleriň) döremegine getirer.Grafen göterijileriň öndürilmegi we daşalmagy adaty ýarymgeçirijilerden gaty tapawutlanýar.Bu grafeni ultrafast fotoelektrik induksiýa enjamlary üçin örän amatly edýär.Şeýle fotoelektrik induksiýa enjamlarynyň 500 GGs ýygylykda işlemegi mümkin diýlip çaklanylýar.Signalyň iberilmegi üçin ulanylsa, sekuntda 500 milliard nol ýa-da birini geçirip biler we iki sany Blu ray diskiniň mazmunyny bir sekuntda tamamlap biler.
ABŞ-daky IBM Tomas J. Watson gözleg merkeziniň hünärmenleri 10 GGs ýygylykda işläp bilýän fotoelektrik induksiýa enjamlaryny öndürmek üçin grafeni ulandylar [8].Ilki bilen, “lentany ýyrtmak usuly” bilen 300 nm galyňlykdaky kremniý bilen örtülen kremniniň aşaky gatlagynda grafen bölekleri taýýarlandy, soňra bolsa 1 mikron aralygy we ini 250 nm bolan palladim altyn ýa-da titanium altyn elektrodlary ýasaldy.Şeýlelik bilen, grafen esasly fotoelektrik induksiýa enjamy alynýar.
Grafen fotoelektrik induksiýa enjamlarynyň shemasy we hakyky nusgalaryň elektron mikroskopy (SEM) skanerlemek.Suratdaky gara gysga çyzyk 5 mikrona, metal çyzyklaryň arasyndaky aralyk bolsa bir mikrondyr.
Gözlegçiler synaglaryň netijesinde bu metal grafen metal gurluşynyň fotoelektrik induksiýa enjamynyň iň köp iş ýygylygyna 16 GGs ýetip biljekdigini we tolkun uzynlygynda 300 nm (ultramelewşe ýakynlygy) 6 mikron (infragyzyl) aralygynda ýokary tizlikde işläp biljekdigini anykladylar. Adaty fotoelektrik induksiýa turbasy, tolkun uzynlygy bilen infragyzyl ýagtylyga jogap berip bilmez.Grafen fotoelektrik induksiýa enjamlarynyň iş ýygylygy henizem gowulaşmak üçin ajaýyp ýer bar.Iň ýokary öndürijiligi, aragatnaşyk, uzakdan gözegçilik we daşky gurşaw gözegçiligi ýaly köp sanly amaly perspektiwalara eýe edýär.
Üýtgeşik aýratynlyklary bolan täze material hökmünde grafeniň ulanylyşy boýunça gözlegler birin-birin ýüze çykýar.Olary bu ýerde sanamak kyn.Geljekde grafenden ýasalan meýdan turbalary, grafen ýasalan molekulýar wyklýuçateller we gündelik durmuşda grafen ýasalan molekulýar detektorlar bolup biler ... Laboratoriýadan kem-kemden çykýan grafen gündelik durmuşda şöhle saçar.
Grafen ulanýan köp sanly elektron önüminiň ýakyn wagtda peýda bolmagyna garaşyp bileris.Smartfonlarymyz we netbuklarymyz togalanyp, gulagymyza gysylyp, jübimize doldurylsa ýa-da ulanylmaýan wagty bilimize daňylsa nähili gyzykly boljakdygy hakda pikir ediň!
Iş wagty: Mart-09-2022