Geim ve Novoselov, grafen üzerine yaptıkları çalışmalarla 2010 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.Bu ödül birçok insan üzerinde derin bir etki bıraktı.Sonuçta her Nobel Ödülü deneysel aracı yapışkan bant kadar yaygın değildir ve her araştırma nesnesi "iki boyutlu kristal" grafen kadar büyülü ve anlaşılması kolay değildir.2004 yılındaki çalışma, 2010 yılında da ödüllendirilebilir ki bu, son yılların Nobel Ödülü kayıtlarında nadir görülen bir durumdur.
Grafen, iki boyutlu bir bal peteği şeklinde altıgen bir kafes şeklinde düzenlenmiş tek bir karbon atomu katmanından oluşan bir tür maddedir.Elmas, grafit, fulleren, karbon nanotüpler ve amorf karbon gibi karbon elementlerinden oluşan bir maddedir (basit madde).Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, fullerenler ve karbon nanotüpler, birçok grafen katmanı tarafından istiflenen tek bir grafen katmanından bir şekilde sarılmış olarak görülebilir.Çeşitli basit karbon maddelerinin (grafit, karbon nanotüpleri ve grafen) özelliklerini tanımlamak için grafenin kullanımına ilişkin teorik araştırmalar yaklaşık 60 yıl sürmüştür, ancak genel olarak bu tür iki boyutlu malzemelerin tek başına kararlı bir şekilde var olmasının zor olduğuna inanılmaktadır. yalnızca üç boyutlu alt tabaka yüzeyine veya grafit gibi iç maddelere bağlanır.Grafen araştırmalarında yeni bir gelişme ancak 2004 yılında Andre Geim ve öğrencisi Konstantin Novoselov'un deneyler yoluyla grafitten tek bir grafen tabakasını çıkarması ile gerçekleşti.
Hem fulleren (solda) hem de karbon nanotüpü (ortada), bir şekilde tek bir grafen tabakası tarafından sarılmış olarak kabul edilebilirken, grafit (sağda), van der Waals kuvvetinin bağlantısı yoluyla birden fazla grafen tabakası tarafından istiflenmiştir.
Günümüzde grafen birçok yolla elde edilebilmekte olup, farklı yöntemlerin kendine göre avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır.Geim ve Novoselov grafeni basit bir yolla elde etti.Süpermarketlerde bulunan şeffaf bantları kullanarak, yüksek dereceli pirolitik grafit parçasından yalnızca tek karbon atomu kalınlığında bir grafit levha olan grafeni çıkardılar.Bu uygundur, ancak kontrol edilebilirlik o kadar iyi değildir ve yalnızca deneyler için kullanılabilen 100 mikrondan (milimetrenin onda biri) daha küçük bir boyuta sahip grafen elde edilebilir, ancak pratik olarak kullanılması zordur. uygulamalar.Kimyasal buhar biriktirme, metal yüzeyinde onlarca santimetre büyüklüğünde grafen örnekleri büyütebilir.Tutarlı yönlendirmeye sahip alan yalnızca 100 mikron olmasına rağmen [3,4], bazı uygulamaların üretim ihtiyaçlarına uygun olmuştur.Diğer bir yaygın yöntem, silikon karbür (SIC) kristalini vakumda 1100 ° C'nin üzerine ısıtmaktır, böylece yüzeye yakın silikon atomları buharlaşır ve geri kalan karbon atomları yeniden düzenlenir, bu da iyi özelliklere sahip grafen örnekleri elde edebilir.
Grafen benzersiz özelliklere sahip yeni bir malzemedir: Elektrik iletkenliği bakır kadar mükemmeldir ve termal iletkenliği bilinen tüm malzemelerden daha iyidir.Çok şeffaftır.Dikey olarak gelen görünür ışığın yalnızca küçük bir kısmı (%2,3) grafen tarafından emilecek ve ışığın çoğu içinden geçecektir.O kadar yoğundur ki helyum atomları (en küçük gaz molekülleri) bile içinden geçemez.Bu büyülü özellikler doğrudan grafitten değil, kuantum mekaniğinden miras alınmıştır.Eşsiz elektriksel ve optik özellikleri, geniş uygulama olanaklarına sahip olduğunu belirlemektedir.
Grafen, on yıldan az bir süre önce ortaya çıkmasına rağmen, fizik ve malzeme bilimi alanlarında çok nadir görülen birçok teknik uygulama göstermiştir.Genel materyallerin laboratuvardan gerçek hayata geçmesi on yıldan, hatta onyıllardan fazla zaman alır.Grafenin kullanımı nedir?İki örneğe bakalım.
Yumuşak şeffaf elektrot
Birçok elektrikli cihazda elektrot olarak şeffaf iletken malzemelerin kullanılması gerekir.Elektronik saatler, hesap makineleri, televizyonlar, sıvı kristal ekranlar, dokunmatik ekranlar, güneş panelleri ve daha birçok cihaz şeffaf elektrotların varlığını bırakamaz.Geleneksel şeffaf elektrot indiyum kalay oksit (ITO) kullanır.Yüksek fiyat ve sınırlı indiyum arzı nedeniyle malzeme kırılgandır ve esneklikten yoksundur ve elektrotun orta vakum katmanında biriktirilmesi gerekir ve maliyeti nispeten yüksektir.Uzun zamandır bilim adamları onun yerini bulmaya çalışıyorlar.Şeffaflık, iyi iletkenlik ve kolay hazırlanma gereksinimlerine ek olarak, malzemenin esnekliği iyiyse "elektronik kağıt" veya diğer katlanabilir görüntüleme cihazlarının yapımı için uygun olacaktır.Bu nedenle esneklik de çok önemli bir husustur.Grafen şeffaf elektrotlar için çok uygun bir malzemedir.
Güney Kore'deki Samsung ve Chengjunguan Üniversitesi'nden araştırmacılar, kimyasal buhar biriktirme yoluyla diyagonal uzunluğu 30 inç olan grafen elde ettiler ve bunu 188 mikron kalınlığında bir polietilen tereftalat (PET) filme aktararak grafen bazlı bir dokunmatik ekran ürettiler [4].Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bakır folyo üzerinde büyütülen grafen önce termal sıyırma bandı (mavi şeffaf kısım) ile yapıştırılır, daha sonra bakır folyo kimyasal yöntemle eritilir ve son olarak grafen ısıtılarak PET filme aktarılır. .
Yeni fotoelektrik indüksiyon ekipmanı
Grafen çok benzersiz optik özelliklere sahiptir.Yalnızca tek bir atom katmanı olmasına rağmen görünür ışıktan kızılötesine kadar tüm dalga boyu aralığında yayılan ışığın %2,3'ünü emebilir.Bu sayının grafenin diğer malzeme parametreleriyle hiçbir ilgisi yoktur ve kuantum elektrodinamiği tarafından belirlenir [6].Emilen ışık, taşıyıcıların (elektronlar ve delikler) oluşmasına yol açacaktır.Grafendeki taşıyıcıların üretimi ve taşınması, geleneksel yarı iletkenlerdekilerden çok farklıdır.Bu, grafeni ultra hızlı fotoelektrik indüksiyon ekipmanı için çok uygun hale getirir.Bu tür fotoelektrik indüksiyon ekipmanlarının 500ghz frekansında çalışabileceği tahmin ediliyor.Sinyal iletimi için kullanılması durumunda saniyede 500 milyar sıfır veya bir gönderebilmekte ve iki Blu ray diskin içeriğinin aktarımını bir saniyede tamamlayabilmektedir.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki IBM Thomas J. Watson Araştırma Merkezi'nden uzmanlar, 10 GHz frekansında çalışabilen fotoelektrik indüksiyon cihazları üretmek için grafen kullandılar [8].İlk olarak 300 nm kalınlığında silika ile kaplanmış bir silikon substrat üzerine “bant yırtma yöntemi” ile grafen pulları hazırlandı, ardından üzerine 1 mikron aralıklı ve 250 nm genişliğinde paladyum altın veya titanyum altın elektrotlar yapıldı.Bu sayede grafen bazlı bir fotoelektrik indüksiyon cihazı elde edilmiş olur.
Grafen fotoelektrik indüksiyon ekipmanının şematik diyagramı ve gerçek numunelerin taramalı elektron mikroskobu (SEM) fotoğrafları.Şekildeki siyah kısa çizgi 5 mikrona karşılık gelmekte olup, metal çizgiler arasındaki mesafe bir mikrondur.
Araştırmacılar, deneyler sonucunda bu metal grafen metal yapılı fotoelektrik indüksiyon cihazının en fazla 16 GHz çalışma frekansına ulaşabildiğini ve 300 nm (mor ötesi) ila 6 mikron (kızılötesi) dalga boyu aralığında yüksek hızda çalışabildiğini buldu. geleneksel fotoelektrik indüksiyon tüpü, daha uzun dalga boyuna sahip kızılötesi ışığa yanıt veremez.Grafen fotoelektrik indüksiyon ekipmanının çalışma frekansının hala iyileştirilmesi gereken büyük bir alanı vardır.Üstün performansı, iletişim, uzaktan kontrol ve çevresel izleme dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesine sahip olmasını sağlar.
Benzersiz özelliklere sahip yeni bir malzeme olan grafenin uygulanmasına yönelik araştırmalar birbiri ardına ortaya çıkıyor.Bunları burada saymamız zordur.Gelecekte günlük yaşamda grafenden yapılmış alan etkisi tüpleri, grafenden yapılmış moleküler anahtarlar ve grafenden yapılmış moleküler dedektörler olabilir… Laboratuvardan yavaş yavaş çıkan grafen, günlük hayatta parlayacak.
Yakın gelecekte grafen kullanan çok sayıda elektronik ürünün ortaya çıkmasını bekleyebiliriz.Akıllı telefonlarımız ve netbook'larımız kullanılmadığında sarılabilir, kulaklarımıza sıkıştırılabilir, ceplerimize tıkılabilir veya bileklerimize sarılabilir olsaydı ne kadar ilginç olurdu bir düşünün!
Gönderim zamanı: Mart-09-2022