2010 yılında Geim ve Novoselov, Grafen üzerine çalışmalarından dolayı Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı. Bu ödül birçok insan üzerinde derin bir izlenim bıraktı. Sonuçta, her Nobel ödül deney aracı yapışkan bant kadar yaygın değildir ve her araştırma nesnesi “iki boyutlu kristal” grafen kadar büyülü ve anlaşılması kolay değildir. 2004 yılında yapılan çalışma, son yıllarda Nobel Ödülü kaydında nadiren 2010 yılında verilebilir.
Grafen, iki boyutlu bir petek altıgen kafesine yakından düzenlenmiş tek bir karbon atomundan oluşan bir tür maddedir. Elmas, grafit, fulleren, karbon nanotüpler ve amorf karbon gibi, karbon elemanlarından oluşan bir madde (basit madde). Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, fullerenler ve karbon nanotüpleri, birçok grafen tabakası tarafından istiflenmiş tek bir grafen tabakasından bir şekilde toplandığı görülebilir. Çeşitli karbon basit maddelerin (grafit, karbon nanotüpler ve grafen) özelliklerini tanımlamak için grafen kullanımı üzerine teorik araştırma yaklaşık 60 yıl sürdü, ancak genellikle bu iki boyutlu malzemelerin tek başına varlığının zor olduğuna inanılmaktadır, Sadece üç boyutlu substrat yüzeyine veya grafit gibi iç maddelere bağlıdır. 2004 yılına kadar Andre Geim ve öğrencisi Konstantin Novoselov, grafen araştırmasının yeni bir gelişme sağladığı deneylerle grafitten tek bir grafen tabakasını çıkardı.
Hem fulleren (solda) hem de karbon nanotüp (orta), bir şekilde tek bir grafen tabakası tarafından toplandığı düşünülürken, grafit (sağ) van der Waals kuvvetinin bağlantısı ile çoklu grafen tabakası tarafından istiflenir.
Günümüzde grafen birçok yönden elde edilebilir ve farklı yöntemlerin kendi avantajları ve dezavantajları vardır. Geim ve Novoselov grafeni basit bir şekilde elde ettiler. Süpermarketlerde bulunan şeffaf bant kullanarak, bir parça yüksek dereceli pirolitik grafitten sadece bir katta karbon atomu kalınlığı olan bir grafit tabakası olan grafenleri soyarlar. Bu uygundur, ancak kontrol edilebilirlik o kadar iyi değildir ve 100 mikrondan daha az boyutta (milimetrenin onda biri) elde edilebilir, ancak deneyler için kullanılabilen grafen elde edilebilir, ancak pratik için kullanılması zordur uygulamalar. Kimyasal buhar birikimi, metal yüzeyde on santimetre boyutunda grafen numunelerini büyütebilir. Her ne kadar tutarlı yönelimli alan sadece 100 mikron olmasına rağmen [3,4], bazı uygulamaların üretim ihtiyaçları için uygundur. Başka bir yaygın yöntem, silikon karbür (sic) kristalini vakumda 1100'den fazla ısıtmaktır, böylece yüzeyin yakınındaki silikon atomları buharlaşır ve kalan karbon atomları yeniden düzenlenir, bu da iyi özelliklere sahip grafen numuneleri elde edebilir.
Grafen, benzersiz özelliklere sahip yeni bir malzemedir: elektriksel iletkenliği bakır kadar mükemmeldir ve termal iletkenliği bilinen herhangi bir malzemeden daha iyidir. Çok şeffaf. Dikey olay görünür ışığın sadece küçük bir kısmı (%2.3) grafen tarafından emilecek ve ışığın çoğu geçecektir. Helyum atomlarının (en küçük gaz molekülleri) bile geçemediği o kadar yoğundur. Bu büyülü özellikler doğrudan grafitten değil, kuantum mekaniğinden miras alınır. Eşsiz elektrik ve optik özellikleri, geniş uygulama beklentilerine sahip olduğunu belirler.
Grafen sadece on yıldan az bir süredir ortaya çıkmış olsa da, fizik ve malzeme bilimi alanlarında çok nadir olan birçok teknik uygulama göstermiştir. Genel malzemelerin laboratuvardan gerçek hayata geçmesi on yıldan fazla hatta on yıldan fazla sürer. Grafen'in kullanımı nedir? İki örneğe bakalım.
Yumuşak şeffaf elektrot
Birçok elektrikli cihazda, şeffaf iletken malzemelerin elektrot olarak kullanılması gerekmektedir. Elektronik saatler, hesap makineleri, televizyonlar, sıvı kristal ekranlar, dokunmatik ekranlar, güneş panelleri ve diğer birçok cihaz şeffaf elektrotların varlığını bırakamaz. Geleneksel şeffaf elektrot, indiyum teneke oksit (ITO) kullanır. Yüksek fiyat ve sınırlı indiyum arzı nedeniyle, malzeme kırılgan ve esneklik eksikliğidir ve elektrotun vakum orta katmanına bırakılması gerekir ve maliyet nispeten yüksektir. Uzun zamandır, bilim adamları onun yerine geçmeye çalışıyorlar. Şeffaflık, iyi iletkenlik ve kolay hazırlık gereksinimlerine ek olarak, malzemenin esnekliği iyi ise, “elektronik kağıt” veya diğer katlanabilir ekran cihazları yapmak için uygun olacaktır. Bu nedenle, esneklik de çok önemli bir hususdur. Grafen, şeffaf elektrotlar için çok uygun olan böyle bir malzemedir.
Güney Kore'deki Samsung ve Chengjunguan Üniversitesi'nden araştırmacılar, kimyasal buhar birikimi ile çapraz uzunlukta 30 inçlik bir grafen elde ettiler ve grafen bazlı bir dokunmatik ekran üretmek için 188 mikron kalınlığında polietilen tereftalat (PET) filmine aktardılar [4]. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, bakır folyo üzerinde yetiştirilen grafen önce termal sıyırma bandı (mavi şeffaf parça) ile bağlanır, daha sonra bakır folyo kimyasal yöntemle çözülür ve son olarak grafen ısıtılarak PET filmine aktarılır .
Yeni fotoelektrik indüksiyon ekipmanı
Grafen çok benzersiz optik özelliklere sahiptir. Sadece bir atom tabakası olmasına rağmen, yayılan ışığın% 2.3'ünü tüm dalga boyunda görünür ışıktan kızılöteye kadar emebilir. Bu sayının diğer grafen parametreleriyle ilgisi yoktur ve kuantum elektrodinamiği ile belirlenir [6]. Emilen ışık, taşıyıcıların (elektronlar ve delikler) üretilmesine yol açacaktır. Grafendeki taşıyıcıların üretimi ve taşınması, geleneksel yarı iletkenlerden çok farklıdır. Bu, grafeni ultra hızlı fotoelektrik indüksiyon ekipmanı için çok uygun hale getirir. Bu tür fotoelektrik indüksiyon ekipmanının 500GHz frekansında çalışabileceği tahmin edilmektedir. Sinyal iletimi için kullanılırsa, saniyede 500 milyar sıfır veya sıfır iletebilir ve iki Blu Ray diskinin içeriğinin iletimini bir saniyede tamamlayabilir.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki IBM Thomas J. Watson Araştırma Merkezi uzmanları, 10GHz frekansında çalışabilen fotoelektrik indüksiyon cihazları üretmek için grafen kullanmışlardır [8]. İlk olarak, grafen pulları, “bant yırtma yöntemi” ile 300 nm kalınlığında silika ile kaplı bir silikon substrat üzerinde hazırlandı ve daha sonra 1 mikron aralığında palladyum altın veya titanyum altın elektrotları ve üzerinde 250 nm genişliğinde yapıldı. Bu şekilde, grafen bazlı bir fotoelektrik indüksiyon cihazı elde edilir.
Grafen fotoelektrik indüksiyon ekipmanının şematik diyagramı ve gerçek numunelerin taraması elektron mikroskobu (SEM) fotoğrafları. Şekildeki siyah kısa çizgi 5 mikrona karşılık gelir ve metal çizgiler arasındaki mesafe bir mikrondur.
Deneyler aracılığıyla, araştırmacılar bu metal grafen metal yapısı fotoelektrik indüksiyon cihazının en fazla 16GHz çalışma frekansına ulaşabileceğini ve dalga boyu aralığında yüksek hızda çalışabileceğini ve 300 nm (ultraviyole yakın) ile 6 mikron (kızılötesi) ile çalışabileceğini bulurken Geleneksel fotoelektrik indüksiyon tüpü, kızılötesi ışığa daha uzun dalga boyuna yanıt veremez. Grafen fotoelektrik indüksiyon ekipmanının çalışma frekansı hala iyileştirme için harika bir alana sahiptir. Üstün performansı, iletişim, uzaktan kumanda ve çevresel izleme dahil olmak üzere çok çeşitli uygulama beklentilerine sahip olmasını sağlar.
Benzersiz özelliklere sahip yeni bir malzeme olarak, grafenin uygulanması üzerine araştırma birbiri ardına ortaya çıkıyor. Onları burada numaralandırmak bizim için zor. Gelecekte, grafenden yapılmış alan efekt tüpleri, günlük yaşamda grafenden yapılmış grafen ve moleküler dedektörlerden yapılmış moleküler anahtarlar olabilir… laboratuvardan yavaş yavaş ortaya çıkan grafen günlük yaşamda parlayacaktır.
Grafen kullanan çok sayıda elektronik ürünün yakın gelecekte görünmesini bekleyebiliriz. Akıllı telefonlarımız ve netbook'larımızın toparlanmasının, kulaklarımıza kenetlenmesi, ceplerimize doldurulması veya kullanılmadığında bileklerimize sarılabilmesi ne kadar ilginç olacağını düşünün!
Gönderme Zamanı: MAR-09-2022