2010-njy ýylda Geim we Nowoselow fizika boýunça Nobel baýragyny aldylar.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 ýylda döredilen eser 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 emele gelen bir madda (ýönekeý madda).Aşakdaky suratda görkezilişi ýaly, fullerenler we uglerod nanoturbajyklary grafeniň köp gatlaklary bilen birleşdirilen grafeniň bir gatlagyndan belli bir derejede togalanandygyny görmek bolýar.Dürli uglerodly ýönekeý maddalaryň (grafit, uglerod nanoturbajyklary we grafen) häsiýetlerini suratlandyrmak üçin grafeniň ulanylyşy baradaky nazaryýet gözlegleri takmynan 60 ýyl dowam etdi, ýöne şeýle iki ölçegli materiallaryň ýeke özi durnukly bolmagy kyn hasaplanýar, diňe üç ölçegli substratyň ýüzüne ýa-da grafit ýaly içki maddalara berkidilýär.2004-nji ýyla çenli Andre Geim we okuwçysy Konstantin Nowoselow synaglar arkaly grafeniň bir gatlagyny grafitden aýryp, grafen boýunça gözleg täze ösüş gazandy.
Fullerene (çepde) we uglerod nanotube (ortada) haýsydyr bir görnüşde grafeniň bir gatlagy bilen togalanýar diýip hasaplamak bolar, grafit (sagda) bolsa van der Waals güýji bilen 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 grafeni çykardylar.Bu amatly, ýöne dolandyrmak mümkinçiligi beýle gowy däl we ululygy 100 mikrondan (millimetriň ondan biri) grafeni diňe synaglar üçin ulanyp bolýar, ýöne amaly taýdan ulanmak kyn goýmalary.Himiki bug çöketligi 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 üstündäki kremniniň atomlary bugarmak we galan uglerod atomlary tertipleşdirmek, bu hem gowy häsiýetli grafen nusgalaryny alyp biler.
Grafen özboluşly aýratynlyklary bolan täze materialdyr: elektrik geçirijiligi mis ýaly ajaýyp, ýylylyk geçirijiligi bolsa belli materiallardan has gowudyr.Bu örän aç-açan.Wertikal hadysanyň diňe kiçijik bölegi (2.3%) grafen tarapyndan siňdiriler 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.
Grafeniň on ýyldanam az wagt bäri peýda bolandygyna garamazdan, fizika we material ylymlary ulgamynda 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
Köp elektrik enjamlarynda 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 bilmeýär.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 köp wagt bäri onuň ornuny tapmaga synanyşýarlar.Aç-açanlygyň, oňat geçirijiligiň we aňsat taýýarlygyň 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, aç-açan elektrodlar üçin örän amatly materialdyr.
Günorta Koreýadaky Samsung we chengjunguan uniwersitetiniň gözlegçileri himiki bug çökdürilmegi bilen diagonaly uzynlygy 30 dýuým bolan grafeni aldylar we grafena esasly duýgur ekran öndürmek üçin 188 mikron galyňlykdaky polietilen tereftalat (PET) filmine geçirdiler [4].Aşakdaky suratda görkezilişi ýaly, mis folga bilen ösdürilip ýetişdirilen grafen ilki bilen ýylylyk zolakly lenta (gök açyk bölek) bilen baglanyşdyrylýar, soňra mis folga himiki usul bilen ereýär we ahyrsoňy grafen gyzdyrmak arkaly PET filmine geçirilýär. .
Täze fotoelektrik induksiýa enjamlary
Grafeniň özboluşly optiki aýratynlyklary bar.Atomlaryň diňe bir gatlagy bar bolsa-da, çykýan ýagtylykdan infragyzyllyga çenli 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 GHz ýygylygynda işläp biljekdigi çak edilýär.Signalyň iberilmegi üçin ulanylsa, sekuntda 500 milliard nol ýa-da birini geçirip biler we iki sany Blu şöhleli diskiň mazmunyny bir sekuntda geçirip 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 aralyk bilen palladim altyn ýa-da titanium altyn elektrodlar 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 GHz ýetip biljekdigini we tolkun uzynlygy 300 nm-den (ultramelewşe ýakynlygy) 6 mikron (infragyzyl) aralygynda ýokary tizlikde işläp biljekdigini anykladylar. Adaty fotoelektrik induksiýa turbasy infragyzyl ýagtylyga tolkun uzynlygy bilen jogap berip bilmez.Grafen fotoelektrik induksiýa enjamlarynyň iş ýygylygy henizem gowulaşmak üçin ajaýyp ýer bar.Iň ýokary öndürijiligi, aragatnaşyk, uzakdan dolandyrmak we daşky gurşaw gözegçiligi ýaly köp sanly amaly perspektiwalara eýe edýär.
Üýtgeşik häsiýetlere eýe bolan täze material hökmünde grafeniň ulanylyşy baradaky gözlegler birin-birin ýüze çykýar.Olary bu ýerde sanamak bize kyn.Geljekde grafenadan ýasalan meýdan turbalary, grafenadan ýasalan molekulýar wyklýuçateller we gündelik durmuşda grafenadan ýasalan molekulýar detektorlar bolup biler ... Laboratoriýadan kem-kemden çykýan grafen gündelik durmuşda şöhle saçar.
Grafeni ulanýan köp sanly elektronik önümiň ýakyn wagtda peýda bolmagyna garaşyp bileris.Smartfonlarymyz we netbuklarymyz togalanyp, gulagymyza gysylyp, jübimize doldurylsa ýa-da ulanylmaýan wagty bilimize daňylsa nähili gyzykly boljakdygy hakda pikirleniň!
Iş wagty: Mart-09-2022