Pana anul trecut, singura modalitate cunoscută de a produce știință grafen a fost aplicarea unei benzi din cel mai bun strat de grafit, urmată de îndepărtarea bazei. Această tehnică a fost numită "tehnica Scotch". Totuși, recent, oamenii de știință au descoperit că există o modalitate mai eficientă de obținere a unui material nou: ca bază, au început să folosească un strat de cupru, nichel sau siliciu, care este apoi îndepărtat prin gravare (fig.2). În acest mod, foaie dreptunghiulară cu o lățime de 76 de centimetri grafen echipa creata de oameni de știință din Coreea, Japonia și Singapore. Nu numai că cercetătorii au stabilit un record pentru dimensiunea unei singure structuri de atomi de carbon, dar au creat ecrane sensibile pe baza foilor flexibile.
Figura 2: Producția de grafen prin gravare
Ruoff și colegii săi au aplicat atomi de carbon pe folie de cupru utilizând o metodă de depunere chimică prin vapori (CVD). Cercetătorii din laboratorul profesorului Bunya Hee-khon de la Universitatea din Sunkhunkhvana au mers mai departe și au mărit foile la dimensiunea unui ecran complet. O nouă "procesare roll-to-roll" vă permite să obțineți o bandă lungă din grafen (Figura 3).
Figura 3: Imaginea straturilor grafenului depuse unul peste celălalt, obținute prin microscopie cu transmisie electronică de înaltă rezoluție.
Pe straturile de fizică de grafen, se plasează un strat de polimer adeziv, se dizolvă substraturile de cupru, apoi se separă pelicula de polimer - se obține un singur strat de grafen. Pentru a da mai multă forță, oamenii de știință au "înmulțit" în același mod încă trei straturi de grafen. La sfârșit, "sandwich-ul" rezultat a fost tratat cu acid azotic - pentru a îmbunătăți conductivitatea. O nouă foaie de grafen este plasată pe un substrat de poliester și trece între rolele încălzite (Figura 4).
Figura 4: Tehnologie de laminare pentru producția de grafen
Structura rezultată a fost lipsă de 90% din lumină și au o rezistență electrică mai mică decât standardul, dar încă un transparent conductor foarte scump - oxid de indiu staniu (OIT). Apropo, folosind foi de grafen ca bază pentru ecrane tactile, cercetatorii au descoperit ca structura lor este mai mult sau mai puțin fragilă.
Cu toate acestea, în ciuda tuturor progreselor, pentru a comercializa tehnologia este încă foarte departe. Foliile transparente ale nanotuburilor de carbon încearcă să împingă OIT de ceva timp, dar producătorii pur și simplu nu pot face față cu problema de „pixeli morti“, care apar pe defectele filmului.
Aplicarea grafenilor în electrotehnică și electronică
Luminozitatea pixelilor în ecranele cu ecran plat este determinată de tensiunea dintre cele două electrozi, una dintre ele fiind îndreptată spre vizualizator (figura 5). Acești electrozi trebuie să fie neapărat transparenți. În prezent, oxidul de indiu dopat de indiu (ITO) este utilizat pentru producerea de electrozi transparenți, dar ITO este o substanță scumpă și nu cea mai stabilă. În plus, lumea va epuiza în curând rezervele sale de indiu. Grafenul este mai transparent și mai stabil decât ITO, iar un LCD cu un electrod de grafen a fost deja demonstrat.
Figura 5: Luminozitatea ecranului de grafen în funcție de tensiunea aplicată
Grafen nu este doar un excelent conducător de electricitate. Are cea mai mare conductivitate termică: vibrațiile atomilor se răspândesc ușor de-a lungul grilajului de carbon al structurii de tip fagure. Disiparea căldurii în electronică reprezintă o problemă gravă, deoarece există limite la temperaturile ridicate pe care le poate rezista electronica. Cu toate acestea, oamenii de stiinta de la Universitatea din Illinois au descoperit ca tranzistoarele in care este folosit grafenul au o proprietate interesanta. Acestea prezintă un efect termoelectric, care duce la o scădere a temperaturii dispozitivului. Acest lucru poate însemna că electronice, construite folosind grafen, va pleca în radiatoare și fanii trecutului. Astfel, atractivitatea grafenului ca material promițător pentru viitoarele microcircuite crește suplimentar (figura 6).
Figura 6: Sonda unui microscop de forță atomică care scanează suprafața unui contact grafen-metal în scopul măsurării temperaturii.
Nu era ușor pentru oamenii de știință să măsoare conductivitatea termică a grafenului. Ei au inventat un mod complet nou de măsurare a temperaturii sale prin aranjarea unui film de grafină de 3 gm peste aceeași gaură mică într-un cristal de dioxid de siliciu. Apoi, filmul a fost încălzit de un fascicul laser, cauzând vibrația. Aceste vibrații au contribuit la calcularea temperaturii și a conductivității termice.
Obținerea de foi mari de grafină pură este încă foarte dificilă, dar sarcina poate fi simplificată dacă stratul de carbon este amestecat cu alte elemente. La Universitatea Northwestern, grafitul a fost oxidat și dizolvat în apă. Rezultatul a fost un material tip hârtie - hârtie de oxid de grafen (figura 7). Este foarte dur și destul de simplu de fabricat. Graphenoxidul este potrivit ca o membrană solidă în baterii și celule de combustie.
Figura 7: Hârtie cu oxid de grafen
Membrana de grafen este un substrat ideal pentru obiectele de studiu sub microscopul electronic. Celulele impecabile se îmbină pe imagini într-un fundal gri uniform, pe care diferă în mod clar și alți atomi. Până în prezent era practic imposibil să se distingă atomii cei mai ușori într-un microscop electronic, dar cu grafen, chiar și atomii de hidrogen mici pot fi percepuți ca substrat.
Posibilitățile de aplicare a grafenului pot fi enumerate pe o perioadă nedeterminată. Recent, fizicienii de la Universitatea Northwestern din Statele Unite au descoperit că grafenul poate fi amestecat cu plastic. Rezultatul este un material foarte subțire care rezistă la temperaturi ridicate și este impermeabil la gaze și lichide.
Sfera aplicării sale este producția de stații de benzină ușoară, piese de schimb pentru mașini și avioane, lame puternice de turbine eoliene. În plastic, puteți împacheta produsele alimentare, menținându-le proaspete pentru o lungă perioadă de timp.
Grafen nu este numai cel mai bun, dar și cel mai durabil material din lume. Oamenii de știință de la Universitatea Columbia din New York au fost convinși de acest lucru prin plasarea de grafen în gauri mici într-un cristal de siliciu. Apoi, prin apăsarea celui mai subțire diamant, au încercat să distrugă stratul de grafen și au măsurat forța de presiune (Fig.8). Sa dovedit că grafenul este de 200 de ori mai puternic decât oțelul. Dacă vă imaginați un strat de grafen cu o grosime de film, acesta ar rezista presiunii punctului unui creion la capătul opus al cărui elefant sau mașină ar fi echilibrat.
Figura 8: Presiunea pe acele cu diamant de grafen
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: