የግራፊን ጥቅም ምንድነው?ሁለት የማመልከቻ ጉዳዮች የግራፊንን የመተግበሪያ ተስፋ እንድትረዱ ያስችሉዎታል

እ.ኤ.አ. በ 2010 ጂም እና ኖሶሴሎቭ በግራፊን ላይ በሰሩት የፊዚክስ የኖቤል ሽልማት አሸንፈዋል ።ይህ ሽልማት በብዙ ሰዎች ላይ ጥልቅ ስሜት ጥሏል።ደግሞም እያንዳንዱ የኖቤል ሽልማት የሙከራ መሣሪያ እንደ ተለጣፊ ቴፕ የተለመደ አይደለም, እና እያንዳንዱ የምርምር ነገር እንደ "ሁለት-ልኬት ክሪስታል" ግራፊን አስማታዊ እና ለመረዳት ቀላል አይደለም.እ.ኤ.አ. በ 2004 ውስጥ ያለው ሥራ በ 2010 ውስጥ ሊሰጥ ይችላል ፣ ይህም በቅርብ ዓመታት ውስጥ በኖቤል ሽልማት መዝገብ ውስጥ ያልተለመደ ነው ።

ግራፊን አንድ ነጠላ የካርቦን አተሞች ሽፋን ወደ ባለ ሁለት አቅጣጫዊ የማር ወለላ ባለ ስድስት ጎን ጥልፍልፍ ያለው የቁስ አይነት ነው።እንደ አልማዝ፣ ግራፋይት፣ ፉሉሬን፣ ካርቦን ናኖቱብስ እና አሞርፎስ ካርቦን ከካርቦን ንጥረ ነገሮች የተዋቀረ ንጥረ ነገር (ቀላል ንጥረ ነገር) ነው።ከታች ባለው ስእል ላይ እንደሚታየው ፉልሬኔስ እና ካርቦን ናኖቱብስ ከአንድ የግራፍ ንብርብር ላይ በሆነ መንገድ እንደተጠቀለሉ ሊታዩ ይችላሉ፣ እሱም በብዙ የግራፊን ንብርብሮች።የተለያዩ የካርበን ቀላል ንጥረ ነገሮችን (ግራፋይት፣ ካርቦን ናኖቱብስ እና ግራፊን) ባህሪያትን ለመግለጽ በግራፊን አጠቃቀም ላይ የተደረገው ቲዎሬቲካል ጥናት ለ 60 ዓመታት ያህል ቆይቷል ፣ ግን በአጠቃላይ እንደዚህ ያሉ ባለ ሁለት-ልኬት ቁሳቁሶች በተናጥል ለመኖር አስቸጋሪ እንደሆኑ ይታመናል። ባለሶስት-ልኬት ንጣፍ ንጣፍ ወይም እንደ ግራፋይት ባሉ ውስጣዊ ነገሮች ላይ ብቻ ተያይዟል።በ 2004 አንድሬ ጂም እና ተማሪው ኮንስታንቲን ኖሶሶሎቭ በግራፊን ላይ የተደረገው ጥናት አዲስ እድገትን ያገኘው በሙከራዎች አንድ ነጠላ የግራፋይን ሽፋን ከግራፋይት የነጠቁት እ.ኤ.አ.

ሁለቱም ፉለርሬን (በግራ) እና ካርቦን ናኖቱብ (መሃል) በአንድ ዓይነት የግራፊን ንብርብር እንደተጠቀለሉ ሊቆጠሩ ይችላሉ፣ ግራፋይት (በስተቀኝ) ደግሞ በቫን ደር ዋልስ ሃይል ግንኙነት በኩል በበርካታ የግራፍ ንብርብሮች ተከማችቷል።

በአሁኑ ጊዜ ግራፊን በብዙ መንገዶች ሊገኝ ይችላል, እና የተለያዩ ዘዴዎች የራሳቸው ጥቅሞች እና ጉዳቶች አሏቸው.Geim እና Novoselov ቀላል በሆነ መንገድ ግራፊን አግኝተዋል.በሱፐርማርኬቶች ውስጥ የሚገኘውን ግልጽነት ያለው ቴፕ ተጠቅመው አንድ የካርቦን አተሞች ውፍረት ያለው ግራፋይት የተባለውን ግራፋይት ሉህ ከፍተኛ ቅደም ተከተል ካለው የፒሮሊቲክ ግራፋይት ቁራጭ ላይ አውጥተዋል።ይህ ምቹ ነው, ነገር ግን የመቆጣጠሪያው ሁኔታ በጣም ጥሩ አይደለም, እና ከ 100 ማይክሮን ያነሰ መጠን ያለው ግራፊን (አንድ አሥረኛ ሚሊሜትር) ብቻ ሊገኝ ይችላል, ይህም ለሙከራዎች ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል, ነገር ግን ለተግባራዊነት ለመጠቀም አስቸጋሪ ነው. መተግበሪያዎች.የኬሚካል የእንፋሎት ክምችት በብረት ወለል ላይ በአስር ሴንቲሜትር የሚያክሉ የግራፊን ናሙናዎችን ሊያበቅል ይችላል.ወጥነት ያለው አቅጣጫ ያለው ቦታ 100 ማይክሮን ብቻ ቢሆንም ለአንዳንድ አፕሊኬሽኖች የምርት ፍላጎት ተስማሚ ነው።ሌላው የተለመደ ዘዴ የሲሊኮን ካርቦዳይድ (SIC) ክሪስታልን ከ 1100 ℃ በላይ በሆነ ቫክዩም ማሞቅ ነው ፣ ስለሆነም በአከባቢው አቅራቢያ ያሉ የሲሊኮን አተሞች እንዲተን እና የተቀሩት የካርቦን አቶሞች እንደገና እንዲደራጁ ይደረጋሉ ፣ ይህ ደግሞ ጥሩ ባህሪ ያላቸውን የግራፊን ናሙናዎችን ማግኘት ይችላል።

ግራፊን ልዩ ባህሪያት ያለው አዲስ ቁሳቁስ ነው: የኤሌክትሪክ ንክኪነት እንደ መዳብ በጣም ጥሩ ነው, እና የሙቀት መቆጣጠሪያው ከማንኛውም ከሚታወቁ ነገሮች የተሻለ ነው.በጣም ግልጽ ነው.በአቀባዊ ክስተት ከሚታየው ብርሃን ውስጥ ትንሽ ክፍል (2.3%) ብቻ በግራፊን ይወሰዳል እና አብዛኛው ብርሃን ያልፋል።በጣም ጥቅጥቅ ያለ ከመሆኑ የተነሳ ሂሊየም አተሞች (ትናንሾቹ የጋዝ ሞለኪውሎች) እንኳን ማለፍ አይችሉም።እነዚህ አስማታዊ ባህሪያት ከግራፋይት በቀጥታ የተወረሱ አይደሉም, ነገር ግን ከኳንተም ሜካኒክስ.የእሱ ልዩ የኤሌክትሪክ እና የጨረር ባህሪያት ሰፊ የመተግበሪያ ተስፋዎች እንዳሉት ይወስናሉ.

ምንም እንኳን ግራፊን ከአስር አመት በታች የታየ ቢሆንም ብዙ ቴክኒካል አፕሊኬሽኖችን አሳይቷል ይህም በፊዚክስ እና በቁሳዊ ሳይንስ መስኮች በጣም አልፎ አልፎ ነው ።አጠቃላይ ቁሳቁሶች ከላቦራቶሪ ወደ እውነተኛ ህይወት ለመሸጋገር ከአስር አመታት አልፎ ተርፎም አስርት አመታትን ይወስዳል።የግራፊን ጥቅም ምንድነው?ሁለት ምሳሌዎችን እንመልከት።

ለስላሳ ግልጽ ኤሌክትሮድ
በብዙ የኤሌትሪክ እቃዎች ውስጥ, ግልጽነት ያላቸው ተቆጣጣሪ ቁሳቁሶችን እንደ ኤሌክትሮዶች መጠቀም ያስፈልጋል.የኤሌክትሮኒክስ ሰዓቶች, ካልኩሌተሮች, ቴሌቪዥኖች, ፈሳሽ ክሪስታል ማሳያዎች, የንክኪ ማያ ገጾች, የፀሐይ ፓነሎች እና ሌሎች ብዙ መሳሪያዎች ግልጽ ኤሌክትሮዶች መኖሩን መተው አይችሉም.ተለምዷዊ ግልጽ ኤሌክትሮል ኢንዲየም ቲን ኦክሳይድ (አይቶ) ይጠቀማል.ከፍተኛ ዋጋ ባለው የኢንዲየም አቅርቦት ውስንነት ምክንያት ቁሱ የተበጣጠሰ እና የመተጣጠፍ ችሎታ የሌለው ነው, እና ኤሌክትሮጁን በመካከለኛው የቫኩም ሽፋን ውስጥ ማስቀመጥ ያስፈልጋል, እና ዋጋው በአንጻራዊነት ከፍተኛ ነው.ለረጅም ጊዜ ሳይንቲስቶች የእሱን ምትክ ለማግኘት ሲሞክሩ ቆይተዋል.ከግልጽነት ፣ ከጥሩ ምቹነት እና ቀላል ዝግጅት መስፈርቶች በተጨማሪ የቁሱ ተለዋዋጭነት ጥሩ ከሆነ “ኤሌክትሮኒካዊ ወረቀት” ወይም ሌሎች ተጣጣፊ የማሳያ መሳሪያዎችን ለመሥራት ተስማሚ ይሆናል ።ስለዚህ, ተለዋዋጭነትም በጣም አስፈላጊ ገጽታ ነው.ግራፊን እንዲህ ዓይነቱ ቁሳቁስ ነው, እሱም ለግልጽ ኤሌክትሮዶች በጣም ተስማሚ ነው.

በደቡብ ኮሪያ የሚገኙ የሳምሰንግ እና የቼንግጁንጉዋን ዩኒቨርሲቲ ተመራማሪዎች ግራፊን ዲያግናል ርዝመቱ 30 ኢንች በኬሚካል ትነት ክምችት አግኝተው በግራፊን ላይ የተመሰረተ የንክኪ ስክሪን ለመስራት ወደ 188 ማይክሮን ውፍረት ወዳለው ፖሊ polyethylene terephthalate (PET) ፊልም አስተላልፈዋል።ከዚህ በታች ባለው ስእል እንደሚታየው በመዳብ ፎይል ላይ የሚበቅለው ግራፊን በመጀመሪያ ከሙቀት መጠቅለያ ቴፕ (ሰማያዊ ግልጽ ክፍል) ጋር ተጣብቋል ፣ ከዚያ የመዳብ ፎይል በኬሚካዊ ዘዴ ይሟሟል ፣ እና በመጨረሻም ግራፊን በማሞቅ ወደ PET ፊልም ይተላለፋል። .

አዲስ የፎቶ ኤሌክትሪክ ማስገቢያ መሳሪያዎች
ግራፊን በጣም ልዩ የሆኑ የኦፕቲካል ንብረቶች አሉት.ምንም እንኳን አንድ የአተሞች ንብርብር ብቻ ቢኖርም ፣ ከሚታየው ብርሃን እስከ ኢንፍራሬድ ባለው የሞገድ ርዝመት ውስጥ 2.3% የሚፈነጥቀውን ብርሃን ሊወስድ ይችላል።ይህ ቁጥር ከሌሎች የግራፊን የቁሳቁስ መለኪያዎች ጋር ምንም ግንኙነት የለውም እና በ quantum electrodynamics [6] ይወሰናል።የተበከለው ብርሃን ተሸካሚዎችን (ኤሌክትሮኖች እና ቀዳዳዎች) ወደ ማመንጨት ያመራል.በግራፊን ውስጥ ያሉ ተሸካሚዎች ማመንጨት እና ማጓጓዝ በባህላዊ ሴሚኮንዳክተሮች ውስጥ ካሉት በጣም የተለዩ ናቸው.ይህ ግራፊን ለ ultrafast photoelectric induction መሳሪያዎች በጣም ተስማሚ ያደርገዋል።እንደነዚህ ያሉ የፎቶ ኤሌክትሪክ ማስገቢያ መሳሪያዎች በ 500GHz ድግግሞሽ ሊሠሩ እንደሚችሉ ይገመታል.ለሲግናል ማስተላለፊያነት የሚያገለግል ከሆነ በሰከንድ 500 ቢሊዮን ዜሮዎችን ወይም አንድን ያስተላልፋል እና የሁለት የብሉ ሬይ ዲስኮችን ይዘት በአንድ ሰከንድ ያጠናቅቃል።

በዩናይትድ ስቴትስ የሚገኘው የአይቢኤም ቶማስ ጄ ዋትሰን የምርምር ማዕከል ባለሙያዎች ግራፊን ተጠቅመው በ10GHz ፍሪኩዌንሲ የሚሰሩ የፎቶ ኤሌክትሪክ ኢንዳክሽን መሣሪያዎችን ለማምረት ተጠቅመዋል።በመጀመሪያ የግራፍ ፍንጣቂዎች በ 300 nm ውፍረት ባለው ሲሊካ በተሸፈነው የሲሊኮን ንጣፍ ላይ “በቴፕ መቅደድ ዘዴ” ተዘጋጅተዋል ፣ ከዚያም የፓላዲየም ወርቅ ወይም የታይታኒየም ወርቅ ኤሌክትሮዶች በ 1 ማይክሮን እና በ 250 nm ስፋት ላይ ተሠርተዋል።በዚህ መንገድ, በግራፍ ላይ የተመሰረተ የፎቶ ኤሌክትሪክ ማስገቢያ መሳሪያ ይገኛል.

የግራፊን የፎቶ ኤሌክትሪክ ማስገቢያ መሳሪያዎች እና የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ (ኤስኤምኤም) ትክክለኛ ናሙናዎች ፎቶግራፎች ንድፍ ንድፍ።በሥዕሉ ላይ ያለው ጥቁር አጭር መስመር ከ 5 ማይክሮን ጋር ይዛመዳል, እና በብረት መስመሮች መካከል ያለው ርቀት አንድ ማይክሮን ነው.

በሙከራዎች ተመራማሪዎቹ ይህ የብረታ ብረት ግራፊን ብረት መዋቅር የፎቶኤሌክትሪክ ኢንዳክሽን መሳሪያ ቢበዛ 16 ጊኸ የስራ ድግግሞሹን ሊደርስ እንደሚችል እና ከ300 nm (አልትራቫዮሌት አጠገብ) እስከ 6 ማይክሮን (ኢንፍራሬድ) ባለው የሞገድ ርዝመት በከፍተኛ ፍጥነት መስራት እንደሚችል ደርሰውበታል። ባህላዊው የፎቶ ኤሌክትሪክ ኢንዳክሽን ቱቦ ለኢንፍራሬድ ብርሃን ከረዥም የሞገድ ርዝመት ጋር ምላሽ መስጠት አይችልም።የ graphene photoelectric induction መሣሪያዎች የሥራ ድግግሞሽ አሁንም ለማሻሻል ትልቅ ቦታ አለው።የእሱ የላቀ አፈጻጸም የመገናኛ, የርቀት መቆጣጠሪያ እና የአካባቢ ቁጥጥርን ጨምሮ ሰፊ የመተግበሪያ ተስፋዎች እንዲኖረው ያደርገዋል.

ልዩ ባህሪያት ያለው አዲስ ቁሳቁስ እንደመሆኑ, በግራፊን አተገባበር ላይ የተደረገው ምርምር አንድ በአንድ እየታየ ነው.እዚህ እነሱን መዘርዘር ይከብደናል።ወደፊት፣ በዕለት ተዕለት ሕይወት ውስጥ ከግራፊን የተሠሩ የመስክ ውጤት ቱቦዎች፣ ከግራፊን የተሠሩ ሞለኪውላዊ መቀየሪያዎች እና ከግራፊን የተሠሩ ሞለኪውላር መመርመሪያዎች ሊኖሩ ይችላሉ።

graphene በመጠቀም ብዙ የኤሌክትሮኒክስ ምርቶች በቅርብ ጊዜ ውስጥ እንደሚታዩ መጠበቅ እንችላለን.ስማርት ስልኮቻችን እና ኔትቡክዎቻችን ተጠቅመው፣ጆሮአችን ላይ ቢጨመቁ፣በኪሳችን ቢሞሉ ወይም ጥቅም ላይ ሳይውሉ ቢቀሩ ምን ያህል አስደሳች እንደሚሆን አስቡት!