Grafen
Grafen – jedna z alotropowych form węgla, odkryta w 2004 roku przez brytyjsko-rosyjską grupę fizyków[1]. Grafen zbudowany jest z pojedynczej warstwy atomów węgla tworzących połączone pierścienie sześcioczłonowe i może być uważany za ostatni element szeregu wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych[2]. Ponieważ grubość materiału wynosi jeden atom, tę formę określa się jako dwuwymiarową (dokładniej dwuwymiarową strukturę atomów węgla ułożonych w sieć heksagonalną). Długość wiązań węgiel-węgiel wynosi około 1,42 Å. Atomy węgla tworzą w grafenie płaską, praktycznie dwuwymiarową siatkę o sześciokątnych oczkach, której struktura przypomina plaster miodu.
Za badania grafenu Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow otrzymali w roku 2010 Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki[3].
Spis treści |
[edytuj] Właściwości
- Bardzo dobry przewodnik ciepła – zmierzona przewodność cieplna wynosi od 4840±440 do 5300±480 W/mK (dla porównania srebro – 429 W/mK)
- Posiada niewielką rezystancję
- Bardzo wysoka ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej przy założeniu jedynie rozpraszania na fononach μ = 200 000 cm²/Vs (dla porównania krzem – 1500 cm²/Vs, arsenek galu – 8500 cm²/Vs)
- Prędkość przepływu elektronów, wynosząca 1/300 prędkości światła, umożliwia badanie efektów relatywistycznych dla elektronu poruszającego się w przewodniku
- Jest niemal całkowicie przezroczysty (pochłania tylko 2,3% światła)
- Jest ponad 100 razy mocniejszy niż stal (o tej samej grubości), a zarazem tak elastyczny, że można go bez szkody rozciągnąć o 20%.
- Membrana z utlenionego grafenu nie przepuszcza gazów, nawet atomów helu, a równocześnie jest całkowicie przenikalna przez wodę (H2O). Daje to możliwość zastosowania do filtracji w temperaturze pokojowej, np. w celu zwiększenia stężenia alkoholu bez użycia klasycznej destylacji czy wymrażania.
[edytuj] Zastosowanie
Materiał ten ma szansę w wielu zastosowaniach zastąpić krzem[4][5]. Naukowcy amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology (MIT) zbudowali eksperymentalny grafenowy układ, jako mnożnik częstotliwości, co oznacza, że jest w stanie odebrać przychodzący sygnał elektryczny pewnej częstotliwości i wyprodukować sygnał wychodzący, będący wielokrotnością tej częstotliwości. W tym przypadku, układ stworzony przez MIT podwoił częstotliwość elektromagnetycznego sygnału. Testy przeprowadzone przez IBM wykazały, że tranzystor wytworzony w procesie technologicznym 240 nm jest w stanie osiągnąć częstotliwość do 100 GHz[6].
Przejrzystość i znakomite przewodnictwo sprawiają, że grafen nadaje się do wytwarzania przejrzystych, zwijanych w rolkę wyświetlaczy dotykowych, źródeł światła czy baterii słonecznych. Czujniki z grafenu potrafią zarejestrować obecność pojedynczej cząsteczki szkodliwej substancji. Jako dodatek do tworzyw sztucznych, grafen może je przekształcić w przewodniki elektryczności, podnosi też odporność na ciepło oraz wytrzymałość mechaniczną. Tak elastyczne i wytrzymałe materiały nadają się do budowy samochodów, samolotów czy pojazdów kosmicznych. Elektrony poruszają się w grafenie z prędkością sięgająca 1/300 prędkości światła, pozwala to wykonywać wiele doświadczeń, które dotąd wymagały użycia akceleratora.
[edytuj] Otrzymywanie
 |
Tę sekcję należy dopracować zgodnie z zaleceniami edycyjnymi: Napisać w oparciu o rzetelne źródła, a nie o prasę codzienną, okreslenia typu "najwyższa jakość" nie ma żadnego sensu w kontekście właściwości materiałów.. Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się na stronie dyskusji tego artykułu. Po wyeliminowaniu niedoskonałości prosimy usunąć szablon {{Dopracować}} z kodu tego artykułu. |
Grafenu w stanie wolnym nie można otrzymać ze względu na jego nietrwałość i skłonność do tworzenia struktur trójwymiarowych (np. fulerenów i nanorurek)[1]. Grafen otrzymuje się metodami mikromechanicznymi. Wśród najprzejrzystszych warstw, przy odpowiednio delikatnym manipulowaniu może znajdować się również grafen. W ten sposób, wychodząc z grafitu pirolitycznego o wysokim stopniu uporządkowania, wyizolować można struktury o grubości od jednej do kilku warstw grafenu osadzone na nośniku[1].
Do niedawna grafen był prawdopodobnie najdroższym materiałem na Ziemi. Cena mikromechanicznie odłupanego krystalitu grafenu wielkości powierzchni przekroju ludzkiego włosa przekraczała 1000 dolarów. Na początku 2009 roku koreańscy badacze z Uniwersytetu Sungkyunkwan poinformowali o opracowaniu metody pozwalającej na tańsze wyprodukowanie fragmentów o powierzchni nawet 1 cm²[7].
W 2011 roku Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych oraz Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego poinformowały o wspólnym opracowaniu technologii pozyskiwania dużych fragmentów grafenu o najlepszej dotąd jakości[8][9].
Przypisy
- ↑ 1,0 1,1 1,2 K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang,1 Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. „Science”. 306, 2004. doi:10.1126/science.1102896.
- ↑ H.P. Boehm, R. Setton, E. Stumpp. Nomenclature and terminology of graphite intercalation compounds. „Pure and Applied Chemistry”. 66, s. 1893-1901, 1994. doi:10.1351/pac199466091893 (ang.).
- ↑ The Nobel Prize in Physics 2010. [dostęp 2010-10-05].
- ↑ Piotr Kościelniak: Przyszłość komputerów jest czarna. Rzeczpospolita, 30-01-2009. [dostęp 2009-01-31].
- ↑ Colin Barras: Organic computing takes a step closer (ang.). New Scientist, 29 stycznia 2009. [dostęp 2009-01-30].
- ↑ YM. Lin, C. Dimitrakopoulos, KA. Jenkins, DB. Farmer i inni. 100-GHz Transistors from Wafer-Scale Epitaxial Graphene. „Science”. 327 (5966), s. 662, 2010. doi:10.1126/science.1184289. PMID 20133565.
- ↑ Piotr Kościelniak: Elastyczna elektronika. Rzeczpospolita, 15-01-2009. [dostęp 2009-01-31].
- ↑ Polski grafen lepszy od konkurencji. kopalniawiedzy.pl. [dostęp 2011-04-07].
- ↑ Polacy umieją wytwarzać grafen, cudowny materiał przyszłości. gazeta.pl. [dostęp 2011-04-21].
[edytuj] Zobacz też
[edytuj] Linki zewnętrzne
|
|||||
