2010ean, Geimek eta Novoselov-ek Fisikako Nobel saria irabazi zuten grafenoaren lanagatik. Sari honek jende askoren inpresio sakona utzi du. Azken finean, Nobel Sariaren tresna esperimental bakoitza ez da zinta itsasgarria bezain ohikoa da, eta ez da ikerketa objektu guztiak "bi dimentsiotako kristal" grafeno gisa ulertzeko modu magikoa eta erraza da. 2004an egindako lana 2010ean eman daiteke, azken urteotan Nobel Sariaren erregistroan oso arraroa da.
Grafenoa karbono atomo geruza bakarrek osatzen duten substantzia moduko bat da, bi dimentsiotako eztia hexagonala. Diamond, grafitoa, fullerene, karbono nanotuboak eta karbono amorfoak bezala, karbono elementuez osatutako substantzia (substantzia sinplea) da. Jarraian, fullerenes eta karbono nanotuboak ikus daitekeen bezala, grafeno geruza askok pilatuta dagoen grafeno geruza bakarretik aurrera egin ahala ikus daiteke. Grafenoaren erabilerari buruzko ikerketa teorikoak ia 60 urte iraun du karbono simpleen propietateak (grafitoak, karbono nanotuboak eta grafena) deskribatzeko. hiru dimentsiotako substratuaren gainazalari edo grafitoa bezalako substantzien barruan soilik erantsita. Ez zen 2004ra arte Andre Geim eta bere ikasle Konstantin Novoselovov grafito geruza bakar bat grafitotik atera zen grafitoari buruzko ikerketak garapen berria lortu zuen esperimentuen bidez.
Bi fullerene (ezkerrean) eta karbono nanotuboa (erdikoa) grafeno geruza bakar batek biribildu daiteke nolabait, grafitoa (eskuinean) grafeno anitzek pilatu egiten duten bitartean, Van der Waals Force-k konexioaren bidez.
Gaur egun, grafenoa modu askotan lor daiteke, eta metodo desberdinek abantailak eta desabantailak dituzte. Geim eta Novoselov-ek grafena modu errazean lortu zuten. Supermerkatuetan eskuragarri dagoen zinta gardena erabiliz, grafenoa, grafito xafla karbono atomo lodiko geruza bakarrarekin, ordenako grafito pirolitikoko pieza batetik. Hau komenigarria da, baina kontrola ez da hain ona, eta 100 mikra mikrama baino gutxiagoko tamaina duen grafenoa (milimetro bateko hamarren bat) soilik lor daiteke, esperimentuetarako erabil daitekeena, baina zaila da praktikoetarako erabil daitekeela Eskaerak. Lurrunaren gordailu kimikoek grafeno laginak haz ditzakete hamarnaka zentimetroko tamaina metalezko gainazalean. Orientazio koherentala duen eremua 100 mikro baino ez da izan [3,4], aplikazio batzuen ekoizpen beharretarako egokia izan da. Beste metodo arrunt bat silizio karburoa (sic) kristala hutsean hutsean berotzea da, gainazaletik gertu dauden silizio atomoak lurruntzen direla, eta gainerako karbono atomoak berrantolatzen dira eta horrek propietate onak dituzten lagin grafenoek ere lor dezakete.
Grafena propietate bereziak dituen material berria da: bere eroankortasun elektrikoa kobrea bezain bikaina da, eta eroankortasun termikoa ez da material ezaguna baino hobea. Oso gardena da. Gertakari bertikaletik gertatutako gertakari bertikalaren zati txiki bat (% 2,3) bakarrik xurgatuko da, eta argi gehiena pasatuko da. Hain da trinkoa helio atomoek (gas molekula txikienak) ezin direla pasatu. Ezaugarri magiko hauek ez dira grafitatik zuzenean heredatzen, mekanika kuantikoetatik baizik. Bere propietate elektriko eta optiko bakarrak zehazten du aplikazioen aukera zabalak dituela.
Grafenoa hamar urte baino gutxiago izan arren, aplikazio tekniko ugari erakutsi ditu, oso arraroa baita fisikaren eta materialaren arloetan. Hamar urte baino gehiago behar dira edo hamarkadak ere eskatzen ditu material orokorretarako laborategitik bizitza errealean mugitzeko. Zein da grafenoaren erabilera? Ikus dezagun bi adibide.
Elektrodo garden biguna
Etxetresna elektriko askotan, material eroale gardenak elektrodo gisa erabili behar dira. Erloju elektronikoak, kalkulagailuak, telebistak, kristal likidoen pantailak, ukipen pantailak, eguzki panelak eta beste hainbat gailu ezin dira elektrodo gardenen existentzia utzi. Transparenen elektrodo tradizionalak Indium Tin Oxide (ITO) erabiltzen du. Indiako prezio handia eta hornidura mugatua dela eta, materiala hauskorra da eta malgutasun falta da, eta elektrodoak erdiko hutsean metatu behar da, eta kostua nahiko altua da. Denbora luzez, zientzialariek bere ordezkoa bilatzen saiatu dira. Gardentasun, eroankortasun ona eta prestaketa erraza, materialaren malgutasuna ona bada, egokia izango da "paper elektronikoa" edo beste pantaila tolesgarriak egiteko. Beraz, malgutasuna oso alderdi oso garrantzitsua da. Grafena hain material bat da, oso egokia da elektrodo gardenetarako.
Hego Korako Samsung eta Chengjunguaneko unibertsitateetako ikertzaileek 30 hazbeteko luzera diagonal batekin lortu zuten lurrun kimikoen gordailuaren bidez, eta 188 mikro lodiko polietileno tereethalaren (maskota) zinema transferitu zuten grafeno oinarritutako ukipen pantaila ekoizteko [4]. Beheko irudian, kobrezko paperean dagoen grafenoa lehen aldiz banda-zinta termikoarekin lotzen da (urdin gardenaren zati bat), eta, ondoren, kobrearen papera metodo kimikoaren bidez desegiten da eta, azkenik, grafenoa maskota zinemara transferitzen da .
Indukzio fotoelektrikoko ekipamendu berria
Grafenoak propietate optiko oso paregabeak ditu. Atomo geruza bakarra dagoen arren, igorritako argiaren% 2,3 xurgatu dezake uhin-luzera osoan argi ikusgarriarengandik infragorrira. Zenbaki honek ez du zerikusirik grafenoaren beste parametro material batzuekin eta elektrodinamika kuantikoen arabera zehazten da [6]. Xurgatutako argiak eramaileen sorrerak ekarriko ditu (elektroiak eta zuloak). Grafenoen garraiolariak sortzea eta garraiatzea oso erdieroale tradizionaletakoak dira. Horrek grafenoa oso egokia da indukzio fotoelektrikoko ekipamendu ultrafasterako. Kalkulatzen da indukzio fotoelektrikoko ekipamendu horrelako 500GHz maiztasunean funtziona dezakeela. Seinaleen transmisiorako erabiltzen bada, segundoko 500 milioi milioi zero edo bestea transmititu ditzake eta bigarren bi izpi diskoen edukien transmisioa segundo batean.
Estatu Batuetako IBM Thomas J. Watson Ikerketa Zentroko adituek grafenoa erabili dute 10Ghz maiztasunean lan egin dezaketen indukzio fotoelektrikoko gailuak fabrikatzeko [8]. Lehenik eta behin, grafeno malutak silikonazko substratu batean prestatu ziren 300 nm-ko lodierako silizearekin estalita "zinta malko metodoa", eta gero palladium urrezko edo titaniozko urrezko elektrodoak 1 mikronen eta 250 nm-ko zabalera izan zuten. Horrela, grafeno oinarritutako indukzio fotoelektrikoko gailua lortzen da.
Graphene fotoelektrikoaren indukzio-ekipoen eskema eta eskaneatze elektroien mikroskopio (SEM) egiazko laginen argazkiak. Irudian lerro labur labur bat 5 mikroni dago, eta lerro metalikoen arteko distantzia mikro bat da.
Esperimentuen bidez, ikertzaileek aurkitu dute metalezko metalezko egituraren indukzio-gailu fotoelektrikoa 16Ghz-en lan-maiztasunera iritsi daitekeela eta abiadura handian lan egin dezakezula uhin-luzeraren tartean 300 nm-tik (ultravioletotik gertu) 6 mikro (infragorria) eta 6 mikra Indukzio fotoelektriko tradizionalaren hodiak ezin du uhin luzera luzeagoa duen argi infragorriari erantzun. Indukzio fotojectric fotoelektrikoko ekipamenduaren lan maiztasunak oraindik ere hobetzeko gela bikaina du. Bere goi mailako errendimenduak aplikazio aukera zabala du, komunikazioa, urruneko kontrola eta ingurumenaren jarraipena barne.
Ezaugarri bereziak dituen material berri gisa, grafenoaren aplikazioari buruzko ikerketa bata bestearen atzetik sortzen da. Guretzat zaila da hemen enumeratzea. Etorkizunean, eguneko bizitzan grafenoz eginiko grafeno eta detektagailu molekularrek egindako hodien eremuko hodiak egon daitezke.
Grafenoa erabiliz produktu elektroniko ugari agertuko direla espero dezakegu etorkizun hurbilean. Pentsa ezazu zein interesgarria izango litzatekeen gure smartphoneak eta netbookak biribilduko balira, belarrietan itsatsi, gure poltsikoetan beteak edo gure eskumuturretan bilduta, erabiltzen ez direnean!
Posta: 2012-09-19-19