2010 онд Гейм, Новоселов нар графен дээр хийсэн бүтээлээрээ физикийн салбарт Нобелийн шагнал хүртжээ.Энэ шагнал олон хүнд гүн сэтгэгдэл үлдээсэн.Эцсийн эцэст, Нобелийн шагналын туршилтын хэрэгсэл бүр наалдамхай тууз шиг түгээмэл байдаггүй бөгөөд судалгааны объект бүр "хоёр хэмжээст болор" графен шиг ид шидтэй, ойлгоход хялбар байдаггүй.2004 оны бүтээлийг 2010 онд олгох боломжтой бөгөөд энэ нь сүүлийн жилүүдэд Нобелийн шагнал хүртсэн түүхэнд ховор тохиолдол юм.
Графен бол хоёр хэмжээст зөгийн сархинагаас бүрдсэн зургаан өнцөгт тор болгон нягт байрлуулсан нүүрстөрөгчийн атомуудын нэг давхаргаас тогтсон нэг төрлийн бодис юм.Алмаз, бал чулуу, фуллерен, нүүрстөрөгчийн нано хоолой, аморф нүүрстөрөгчийн нэгэн адил нүүрстөрөгчийн элементүүдээс бүрдсэн бодис (энгийн бодис) юм.Доорх зурагт үзүүлсэнчлэн фуллерен болон нүүрстөрөгчийн нано гуурсыг графений олон давхаргаар овоолсон графены нэг давхаргаас ямар нэгэн байдлаар өнхрүүлэн эргэлдэж байгааг харж болно.Төрөл бүрийн нүүрстөрөгчийн энгийн бодисуудын (графит, нүүрстөрөгчийн нано хоолой, графен) шинж чанарыг тодорхойлоход графеныг ашиглах онолын судалгаа бараг 60 жил үргэлжилсэн боловч ийм хоёр хэмжээст материалыг дангаараа тогтвортой байлгахад хэцүү гэж ерөнхийд нь үздэг. зөвхөн гурван хэмжээст субстратын гадаргуу эсвэл бал чулуу зэрэг доторх бодисуудад наалддаг.2004 онд Андре Гейм болон түүний шавь Константин Новоселов нар туршилтаар графитын нэг давхаргыг графитаас салгаж авснаар графины судалгаа шинэ хөгжилд хүрсэн юм.
Фуллерен (зүүн) болон нүүрстөрөгчийн нано хоолой (дунд) аль аль нь ямар нэгэн байдлаар графины нэг давхаргад өнхрөх гэж үзэж болох бөгөөд бал чулуу (баруун) нь ван дер Ваалсын хүчийг холбосноор олон давхаргат графины давхаргад овоолсон байдаг.
Өнөө үед графеныг олон аргаар олж авах боломжтой бөгөөд өөр өөр аргууд нь өөрийн давуу болон сул талуудтай байдаг.Гейм, Новоселов нар графеныг энгийн аргаар гаргаж авсан.Тэд супермаркетуудад байдаг тунгалаг туузыг ашиглан өндөр эрэмбийн пиролит бал чулуунаас зөвхөн нэг давхарга зузаан нүүрстөрөгчийн атом бүхий графит хавтанг гаргаж авсан байна.Энэ нь тохиромжтой, гэхдээ хянах чадвар нь тийм ч сайн биш бөгөөд 100 микроноос бага хэмжээтэй (миллиметрийн аравны нэг) хэмжээтэй графеныг зөвхөн туршилтанд ашиглах боломжтой боловч практикт ашиглахад хэцүү байдаг. програмууд.Химийн уурын хуримтлал нь металлын гадаргуу дээр хэдэн арван см хэмжээтэй графен дээжийг ургуулж чаддаг.Хэдийгээр тууштай чиг баримжаа бүхий талбай нь ердөө 100 микрон [3,4] боловч зарим хэрэглээний үйлдвэрлэлийн хэрэгцээнд тохирсон байдаг.Өөр нэг түгээмэл арга бол цахиурын карбидын (SIC) талстыг вакуум орчинд 1100 хэмээс дээш халаах бөгөөд ингэснээр гадаргууд ойр орших цахиурын атомууд ууршиж, үлдсэн нүүрстөрөгчийн атомууд өөрчлөгддөг бөгөөд энэ нь сайн шинж чанартай графений дээж авах боломжтой юм.
Графен бол өвөрмөц шинж чанартай шинэ материал юм: цахилгаан дамжуулах чанар нь зэс шиг гайхалтай бөгөөд дулаан дамжуулалт нь мэдэгдэж буй аливаа материалаас илүү юм.Энэ нь маш ил тод юм.Босоо туссан харагдах гэрлийн зөвхөн багахан хэсэг (2.3%) нь графен шингээж, гэрлийн ихэнх хэсэг нь дамжин өнгөрнө.Энэ нь маш нягт тул гелий атомууд (хамгийн жижиг хийн молекулууд) ч дамжин өнгөрч чадахгүй.Эдгээр ид шидийн шинж чанарууд нь бал чулуунаас шууд удамшдаггүй, харин квант механикаас удамшдаг.Түүний өвөрмөц цахилгаан болон оптик шинж чанарууд нь өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй болохыг тодорхойлдог.
Графен гарч ирээд арав хүрэхгүй жил болсон ч физик, материал судлалын салбарт маш ховор тохиолддог техникийн олон хэрэглээг харуулсан.Ерөнхий материалыг лабораториос бодит амьдрал руу шилжүүлэхэд арав гаруй жил, бүр хэдэн арван жил шаардагдана.Графен ямар хэрэгтэй вэ?Хоёр жишээг авч үзье.
Зөөлөн ил тод электрод
Олон тооны цахилгаан хэрэгсэлд ил тод дамжуулагч материалыг электрод болгон ашиглах шаардлагатай байдаг.Цахим цаг, тооцоолуур, телевизор, шингэн болор дэлгэц, мэдрэгчтэй дэлгэц, нарны хавтан болон бусад олон төхөөрөмж ил тод электродыг орхиж чадахгүй.Уламжлалт ил тод электрод нь индий цагаан тугалганы ислийг (ITO) ашигладаг.Индий өндөр үнэ, хязгаарлагдмал нийлүүлэлттэй тул материал нь хэврэг, уян хатан чанаргүй тул электродыг вакуумын дунд давхаргад байрлуулах шаардлагатай бөгөөд өртөг нь харьцангуй өндөр байдаг.Эрдэмтэд удаан хугацааны туршид түүний орлуулагчийг олохыг хичээж ирсэн.Ил тод, сайн дамжуулалт, бэлтгэл хийхэд хялбар байх шаардлагаас гадна материалын уян хатан чанар сайн байвал "цахим цаас" эсвэл бусад эвхэгддэг дэлгэцийн төхөөрөмж хийхэд тохиромжтой.Тиймээс уян хатан байдал нь бас маш чухал тал юм.Графен бол тунгалаг электродуудад маш тохиромжтой ийм материал юм.
Самсунг болон Өмнөд Солонгосын Ченжунгуан их сургуулийн судлаачид химийн уурын хуримтлалаар 30 инч диагональ урттай графен гаргаж аваад 188 микрон зузаантай полиэтилен терефталат (PET) хальсанд шилжүүлж, графен дээр суурилсан мэдрэгчтэй дэлгэц гаргажээ [4].Доорх зурагт үзүүлснээр зэс тугалган цаасан дээр ургуулсан графеныг эхлээд дулааны хуулалтын туузаар (цэнхэр тунгалаг хэсэг) холбож, дараа нь зэс тугалган цаасыг химийн аргаар уусгаж, эцэст нь графеныг халааж PET хальс руу шилжүүлдэг. .
Шинэ фотоэлектрик индукцийн төхөөрөмж
Графен нь маш өвөрмөц оптик шинж чанартай байдаг.Хэдийгээр атомын зөвхөн нэг давхарга байдаг ч харагдах гэрлээс хэт улаан туяа хүртэлх бүх долгионы уртад ялгарах гэрлийн 2.3%-ийг шингээж чаддаг.Энэ тоо нь графены бусад материаллаг үзүүлэлттэй ямар ч холбоогүй бөгөөд квант электродинамикаар тодорхойлогддог [6].Шингээсэн гэрэл нь тээвэрлэгч (электрон ба нүх) үүсэхэд хүргэдэг.Графен дахь зөөвөрлөгчийг үүсгэх, тээвэрлэх нь уламжлалт хагас дамжуулагчаас тэс өөр юм.Энэ нь графеныг хэт хурдан фотоэлектрик индукцийн төхөөрөмжид маш тохиромжтой болгодог.Ийм фотоэлектрик индукцийн төхөөрөмж 500 ГГц давтамжтайгаар ажиллах боломжтой гэж тооцоолсон.Хэрэв дохио дамжуулахад ашиглавал секундэд 500 тэрбум тэг эсвэл нэгийг дамжуулж, хоёр Blu ray дискний агуулгыг нэг секундэд дамжуулж дуусгах боломжтой.
АНУ-ын IBM Thomas J. Watson судалгааны төвийн мэргэжилтнүүд графеныг ашиглан 10GHz давтамжтай ажиллах боломжтой фотоэлектрик индукцийн төхөөрөмжийг үйлдвэрлэжээ [8].Эхлээд 300 нм зузаантай цахиураар бүрхэгдсэн цахиурын субстрат дээр графены ширхэгийг "соронзон хальс урах аргаар" бэлтгэж, дараа нь 1 микрон зайтай, 250 нм өргөнтэй палладий алт эсвэл титан алтны электродуудыг хийсэн.Ийм байдлаар графен дээр суурилсан фотоэлектрик индукцийн төхөөрөмжийг олж авдаг.
Графен фотоэлектрик индукцийн төхөөрөмжийн бүдүүвч диаграм ба бодит дээжийн сканнерийн электрон микроскоп (SEM) зураг.Зураг дээрх хар богино шугам нь 5 микронтой тохирч, металл шугам хоорондын зай нь нэг микрон байна.
Туршилтын үр дүнд судлаачид энэхүү металл графен металл бүтэцтэй фотоэлектрик индукцийн төхөөрөмж нь хамгийн ихдээ 16 ГГц ажиллах давтамжтай, 300 нм (хэт ягаан туяаны ойролцоо) - 6 микрон (хэт улаан туяа) хүртэлх долгионы уртад өндөр хурдтай ажиллах чадвартай болохыг олж мэдсэн. Уламжлалт фотоэлектрик индукцийн хоолой нь урт долгионы урттай хэт улаан туяанд хариу үйлдэл үзүүлэхгүй.Графен фотоэлектрик индукцийн төхөөрөмжийн ажлын давтамжийг сайжруулах боломж байсаар байна.Түүний өндөр гүйцэтгэл нь харилцаа холбоо, алсын удирдлага, байгаль орчны хяналт зэрэг өргөн хүрээний хэрэглээний хэтийн төлөвтэй болгодог.
Өвөрмөц шинж чанартай шинэ материалын хувьд графены хэрэглээний судалгаа ар араасаа гарч байна.Тэднийг энд жагсаахад хэцүү байна.Ирээдүйд өдөр тутмын амьдралд графенаар хийсэн хээрийн эффектийн хоолой, графенаар хийсэн молекулын унтраалга, графенаар хийсэн молекул илрүүлэгч байж магадгүй ... Лабораториос аажмаар гарч ирсэн графен өдөр тутмын амьдралдаа гэрэлтэх болно.
Бид ойрын ирээдүйд графен ашиглан олон тооны электрон бүтээгдэхүүн гарч ирнэ гэж найдаж байна.Ухаалаг утас, нэтбүүкийг ашиглаагүй үед нь эргэлдүүлж, чихэндээ хавчуулж, халаасандаа чихэж, бугуйндаа ороож байвал ямар сонирхолтой байх бол гэж бодоорой!
Шуудангийн цаг: 2022 оны 3-р сарын 09-ний өдөр