2010-cu ildə Geim və Novoselov qrafen üzərində işlərinə görə fizika üzrə Nobel mükafatı aldılar.Bu mükafat bir çox insanlarda dərin təəssürat yaratdı.Axı, hər Nobel Mükafatı eksperimental aləti yapışan lent kimi adi deyil və hər tədqiqat obyekti “iki ölçülü kristal” qrafen qədər sehrli və başa düşülməsi asan deyil.2004-cü ildəki əsər 2010-cu ildə verilə bilər ki, bu da son illərdə Nobel mükafatı rekordunda nadirdir.
Qrafen iki ölçülü pətək altıbucaqlı qəfəsdə sıx şəkildə düzülmüş karbon atomlarının tək qatından ibarət bir növ maddədir.Almaz, qrafit, fulleren, karbon nanoborucuqları və amorf karbon kimi, karbon elementlərindən ibarət maddədir (sadə maddə).Aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, fullerenlər və karbon nanoborucuqları bir çox qrafen təbəqəsi ilə yığılmış bir qrafen qatından hansısa şəkildə yuvarlanmış kimi görünə bilər.Müxtəlif karbonlu sadə maddələrin (qrafit, karbon nanoborucuqları və qrafen) xüsusiyyətlərini təsvir etmək üçün qrafenin istifadəsi ilə bağlı nəzəri tədqiqatlar təxminən 60 il davam etdi, lakin ümumiyyətlə belə iki ölçülü materialların tək başına sabit şəkildə mövcud olmasının çətin olduğuna inanılır. yalnız üçölçülü substrat səthinə və ya qrafit kimi daxili maddələrə yapışdırılır.Yalnız 2004-cü ildə Andre Geim və onun tələbəsi Konstantin Novoselov təcrübələr vasitəsilə qrafitdən bir qat qrafeni soydular ki, qrafen üzərində aparılan tədqiqatlar yeni inkişafa nail oldu.
Həm fulleren (solda), həm də karbon nanoborusu (ortada) müəyyən bir şəkildə bir qrafenin qatı ilə yuvarlanmış hesab edilə bilər, qrafit (sağda) isə van der Waals qüvvəsinin əlaqəsi ilə çoxlu qrafen təbəqələri ilə yığılmışdır.
İndiki vaxtda qrafen bir çox yolla əldə edilə bilər və müxtəlif üsulların öz üstünlükləri və mənfi cəhətləri var.Geim və Novoselov sadə üsulla qrafen əldə etdilər.Supermarketlərdə mövcud olan şəffaf lentdən istifadə edərək, yüksək dərəcəli pirolitik qrafit parçasından yalnız bir qat qalınlığında karbon atomları olan qrafit təbəqə olan qrafeni soyub apardılar.Bu rahatdır, lakin idarəolunma qabiliyyəti o qədər də yaxşı deyil və ölçüsü 100 mikrondan (millimetrin onda biri) yalnız qrafen əldə edilə bilər ki, bu da təcrübələr üçün istifadə edilə bilər, lakin praktiki olaraq istifadə etmək çətindir. tətbiqlər.Kimyəvi buxarın çökməsi metal səthində onlarla santimetr ölçüsündə qrafen nümunələri yetişdirə bilər.Ardıcıl oriyentasiyaya malik sahə cəmi 100 mikron [3,4] olsa da, bəzi tətbiqlərin istehsal ehtiyacları üçün uyğun olmuşdur.Digər ümumi üsul silikon karbid (SIC) kristalını vakuumda 1100 ℃-dən çox qızdırmaqdır ki, səthə yaxın olan silisium atomları buxarlanır və qalan karbon atomları yenidən təşkil edilir ki, bu da yaxşı xüsusiyyətlərə malik qrafen nümunələri əldə edə bilər.
Qrafen unikal xüsusiyyətlərə malik yeni materialdır: onun elektrik keçiriciliyi mis kimi əladır və istilik keçiriciliyi hər hansı məlum materialdan yaxşıdır.Çox şəffafdır.Şaquli düşən görünən işığın yalnız kiçik bir hissəsi (2,3%) qrafen tərəfindən udulacaq və işığın çox hissəsi keçəcək.O qədər sıxdır ki, hətta helium atomları (ən kiçik qaz molekulları) keçə bilmir.Bu sehrli xüsusiyyətlər birbaşa qrafitdən deyil, kvant mexanikasından miras qalmışdır.Onun unikal elektrik və optik xassələri onun geniş tətbiq perspektivlərinə malik olduğunu müəyyən edir.
Qrafen cəmi on ildən az müddətə meydana çıxsa da, fizika və materialşünaslıq sahələrində çox nadir görülən bir çox texniki tətbiqetmələr göstərmişdir.Ümumi materialların laboratoriyadan real həyata keçməsi üçün on ildən, hətta onilliklərdən çox vaxt lazımdır.Qrafenin nə faydası var?Gəlin iki misala baxaq.
Yumşaq şəffaf elektrod
Bir çox elektrik cihazlarında elektrodlar kimi şəffaf keçirici materiallardan istifadə etmək lazımdır.Elektron saatlar, kalkulyatorlar, televizorlar, maye kristal displeylər, sensor ekranlar, günəş panelləri və bir çox başqa cihazlar şəffaf elektrodların varlığını tərk edə bilməz.Ənənəvi şəffaf elektrod indium qalay oksidindən (ITO) istifadə edir.Yüksək qiymətə və indiumun məhdud tədarükünə görə material kövrəkdir və elastiklik yoxdur və elektrodun vakuumun orta təbəqəsinə yerləşdirilməsinə ehtiyac var və dəyəri nisbətən yüksəkdir.Uzun müddətdir ki, alimlər onun əvəzini tapmağa çalışırlar.Şəffaflıq, yaxşı keçiricilik və asan hazırlanma tələblərinə əlavə olaraq, materialın özünün elastikliyi yaxşı olarsa, "elektron kağız" və ya digər qatlanan ekran cihazlarının hazırlanması üçün uyğun olacaqdır.Buna görə də çeviklik də çox vacib bir cəhətdir.Qrafen belə bir materialdır, şəffaf elektrodlar üçün çox uyğundur.
Cənubi Koreyanın Samsung və Chengjunguan Universitetinin tədqiqatçıları kimyəvi buxarın çökdürülməsi yolu ilə diaqonal uzunluğu 30 düym olan qrafen əldə etdilər və qrafen əsaslı sensor ekran hazırlamaq üçün onu 188 mikron qalınlığında polietilen tereftalat (PET) filminə köçürdülər [4].Aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, mis folqa üzərində yetişdirilən qrafen əvvəlcə termal soyma lenti (mavi şəffaf hissə) ilə yapışdırılır, daha sonra mis folqa kimyəvi üsulla həll edilir və nəhayət, qrafen qızdırılaraq PET filminə ötürülür. .
Yeni fotoelektrik induksiya avadanlığı
Qrafen çox unikal optik xüsusiyyətlərə malikdir.Atomların yalnız bir təbəqəsi olmasına baxmayaraq, görünən işıqdan infraqırmızıya qədər bütün dalğa uzunluğu diapazonunda yayılan işığın 2,3%-ni uda bilir.Bu rəqəmin qrafenin digər maddi parametrləri ilə heç bir əlaqəsi yoxdur və kvant elektrodinamiği ilə müəyyən edilir [6].Udulmuş işıq daşıyıcıların (elektronlar və dəliklər) yaranmasına səbəb olacaqdır.Qrafendə daşıyıcıların yaranması və daşınması ənənəvi yarımkeçiricilərdə olanlardan çox fərqlidir.Bu, qrafeni ultrasürətli fotoelektrik induksiya avadanlığı üçün çox uyğun edir.Belə fotoelektrik induksiya avadanlığının 500 ghz tezliyində işləyə biləcəyi təxmin edilir.Siqnal ötürülməsi üçün istifadə edilərsə, saniyədə 500 milyard sıfır və ya bir ötürə və iki Blu ray diskinin məzmununun ötürülməsini bir saniyədə tamamlaya bilər.
ABŞ-dakı IBM Thomas J. Watson Araşdırma Mərkəzinin mütəxəssisləri 10 GHz tezliyində işləyə bilən fotoelektrik induksiya cihazlarının istehsalı üçün qrafendən istifadə ediblər [8].Əvvəlcə 300 nm qalınlığında silisiumla örtülmüş silikon substratda “lent yırtılma üsulu” ilə qrafen lopaları hazırlanmış, daha sonra üzərində 1 mikron interval və 250 nm enində palladium qızılı və ya titan qızıl elektrodları hazırlanmışdır.Bu yolla qrafen əsaslı fotoelektrik induksiya cihazı əldə edilir.
Qrafen fotoelektrik induksiya avadanlığının sxematik diaqramı və faktiki nümunələrin skan edən elektron mikroskop (SEM) fotoşəkilləri.Şəkildəki qara qısa xətt 5 mikrona uyğundur, metal xətlər arasındakı məsafə isə bir mikrondur.
Təcrübələr vasitəsilə tədqiqatçılar aşkar etdilər ki, bu metal qrafen metal konstruksiyaya malik fotoelektrik induksiya cihazı ən çox 16 ghz iş tezliyinə çata bilir və 300 nm (ultrabənövşəyi şüaya yaxın) ilə 6 mikrona (infraqırmızı) qədər dalğa uzunluğu diapazonunda yüksək sürətlə işləyə bilir. ənənəvi fotoelektrik induksiya borusu daha uzun dalğa uzunluğu olan infraqırmızı işığa cavab verə bilməz.Qrafen fotoelektrik induksiya avadanlığının işləmə tezliyi hələ də təkmilləşdirmək üçün böyük imkanlara malikdir.Onun üstün performansı onu rabitə, uzaqdan idarəetmə və ətraf mühitin monitorinqi də daxil olmaqla geniş tətbiq perspektivlərinə malik edir.
Unikal xüsusiyyətlərə malik yeni material olaraq qrafenin tətbiqi ilə bağlı araşdırmalar bir-birinin ardınca ortaya çıxır.Onları burada sadalamaq bizim üçün çətindir.Gələcəkdə gündəlik həyatda qrafendən hazırlanmış sahə effektli borular, qrafendən hazırlanmış molekulyar açarlar və qrafendən hazırlanmış molekulyar detektorlar ola bilər... Laboratoriyadan tədricən çıxan qrafen gündəlik həyatda parlayacaq.
Qrafendən istifadə edən çoxlu sayda elektron məhsulun yaxın gələcəkdə ortaya çıxacağını gözləmək olar.Düşünün ki, smartfon və netbuklarımızı büküb qulağımıza yapışdırıb, cibimizə doldurub və ya istifadə etmədiyimiz vaxtlarda biləklərimizə bükmək nə qədər maraqlı olardı!
Göndərmə vaxtı: 09 mart 2022-ci il