banner

ການນໍາໃຊ້ graphene ແມ່ນຫຍັງ?ສອງກໍລະນີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຊ່ວຍໃຫ້ທ່ານເຂົ້າໃຈຄວາມສົດໃສດ້ານຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງ graphene

ໃນປີ 2010, Geim ແລະ Novoselov ໄດ້ຮັບລາງວັນໂນແບລດ້ານຟີຊິກສໍາລັບການເຮັດວຽກຂອງເຂົາເຈົ້າກ່ຽວກັບ graphene.ລາງວັນ​ນີ້​ໄດ້​ສ້າງ​ຄວາມ​ປະ​ທັບ​ໃຈ​ຢ່າງ​ເລິກ​ເຊິ່ງ​ໃຫ້​ຫຼາຍ​ຄົນ.ຫຼັງຈາກທີ່ທັງຫມົດ, ບໍ່ແມ່ນທຸກໆເຄື່ອງມືທົດລອງຂອງລາງວັນ Nobel ແມ່ນທົ່ວໄປເທົ່າກັບ tape adhesive, ແລະບໍ່ແມ່ນທຸກໆການຄົ້ນຄວ້າແມ່ນ magical ແລະງ່າຍທີ່ຈະເຂົ້າໃຈເປັນ "ໄປເຊຍກັນສອງມິຕິລະດັບ" graphene.ວຽກງານໃນປີ 2004 ສາມາດໄດ້ຮັບຮາງວັນໃນປີ 2010, ຊຶ່ງເປັນເລື່ອງທີ່ຫາຍາກໃນບັນທຶກຂອງລາງວັນ Nobel ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້.

Graphene ແມ່ນຊະນິດຂອງສານທີ່ປະກອບດ້ວຍຊັ້ນດຽວຂອງປະລໍາມະນູກາກບອນຈັດລຽງຢ່າງໃກ້ຊິດເຂົ້າໄປໃນເສັ້ນໄຍສອງມິຕິ hexagonal ເສັ້ນໄຍ.ເຊັ່ນດຽວກັນກັບເພັດ, graphite, fullerene, nanotubes ກາກບອນແລະ amorphous carbon, ມັນເປັນສານ (ສານທີ່ງ່າຍດາຍ) ປະກອບດ້ວຍອົງປະກອບຂອງຄາບອນ.ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້, fullerenes ແລະ nanotubes ກາກບອນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າເປັນມ້ວນໃນບາງທາງຈາກຊັ້ນດຽວຂອງ graphene, ເຊິ່ງ stacked ໂດຍຫຼາຍຊັ້ນຂອງ graphene.ການຄົ້ນຄວ້າທິດສະດີກ່ຽວກັບການນໍາໃຊ້ graphene ເພື່ອອະທິບາຍຄຸນສົມບັດຂອງສານກາກບອນທີ່ງ່າຍດາຍ (graphite, nanotubes ກາກບອນແລະ graphene) ໄດ້ແກ່ຍາວເຖິງເກືອບ 60 ປີ, ແຕ່ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວເຊື່ອວ່າວັດສະດຸສອງມິຕິດັ່ງກ່າວມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກທີ່ຈະຄົງຕົວຢ່າງດຽວ, ພຽງແຕ່ຕິດກັບພື້ນຜິວສາມມິຕິລະດັບຫຼືສານພາຍໃນເຊັ່ນ graphite.ມັນບໍ່ແມ່ນຈົນກ່ວາ 2004 ທີ່ Andre Geim ແລະນັກສຶກສາຂອງລາວ Konstantin Novoselov ໄດ້ຖອດຊັ້ນດຽວຂອງ graphene ຈາກ graphite ຜ່ານການທົດລອງທີ່ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບ graphene ບັນລຸການພັດທະນາໃຫມ່.

ທັງສອງ fullerene (ຊ້າຍ) ແລະ nanotube ກາກບອນ (ກາງ) ສາມາດຖືວ່າເປັນການມ້ວນເຖິງໂດຍຊັ້ນດຽວຂອງ graphene ໃນບາງທາງ, ໃນຂະນະທີ່ graphite (ຂວາ) ຖືກ stacked ໂດຍຊັ້ນຫຼາຍຂອງ graphene ໂດຍຜ່ານການເຊື່ອມຕໍ່ຂອງ van der Waals ຜົນບັງຄັບໃຊ້.

ໃນປັດຈຸບັນ, graphene ສາມາດໄດ້ຮັບໃນຫຼາຍວິທີ, ແລະວິທີການທີ່ແຕກຕ່າງກັນມີຂໍ້ດີແລະຂໍ້ເສຍຂອງຕົນເອງ.Geim ແລະ Novoselov ໄດ້ຮັບ graphene ໃນທາງທີ່ງ່າຍດາຍ.ການນໍາໃຊ້ tape ໂປ່ງໃສທີ່ມີຢູ່ໃນຊຸບເປີມາເກັດ, ພວກເຂົາເຈົ້າໄດ້ລອກເອົາ graphene, ແຜ່ນ graphite ທີ່ມີພຽງແຕ່ຫນຶ່ງຊັ້ນຂອງອະຕອມຄາບອນຫນາ, ຈາກສິ້ນຂອງ graphite pyrolytic ຄໍາສັ່ງສູງ.ນີ້ແມ່ນສະດວກ, ແຕ່ການຄວບຄຸມແມ່ນບໍ່ດີ, ແລະ graphene ທີ່ມີຂະຫນາດຫນ້ອຍກວ່າ 100 microns (ຫນຶ່ງສ່ວນສິບຂອງ millimeter) ສາມາດໄດ້ຮັບເທົ່ານັ້ນ, ເຊິ່ງສາມາດນໍາໄປໃຊ້ໃນການທົດລອງໄດ້, ແຕ່ມັນຍາກທີ່ຈະໃຊ້ໃນການປະຕິບັດ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ.ການປ່ອຍອາຍພິດທາງເຄມີສາມາດຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງ graphene ທີ່ມີຂະຫນາດຂອງສິບຊັງຕີແມັດຢູ່ເທິງຫນ້າໂລຫະ.ເຖິງແມ່ນວ່າພື້ນທີ່ທີ່ມີການປະຖົມນິເທດທີ່ສອດຄ່ອງແມ່ນພຽງແຕ່ 100 microns [3,4], ມັນໄດ້ເຫມາະສົມສໍາລັບຄວາມຕ້ອງການການຜະລິດຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຈໍານວນຫນຶ່ງ.ວິທີການທົ່ວໄປອີກອັນຫນຶ່ງແມ່ນການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນໄປເຊຍກັນ silicon carbide (SIC) ຫຼາຍກວ່າ 1100 ℃ໃນສູນຍາກາດ, ເພື່ອໃຫ້ອະຕອມຂອງຊິລິຄອນຢູ່ໃກ້ກັບຫນ້າດິນ evaporate, ແລະປະລໍາມະນູຂອງຄາບອນທີ່ຍັງເຫຼືອໄດ້ຖືກຈັດລຽງໃຫມ່, ເຊິ່ງຍັງສາມາດໄດ້ຮັບຕົວຢ່າງ graphene ທີ່ມີຄຸນສົມບັດທີ່ດີ.

Graphene ແມ່ນວັດສະດຸໃຫມ່ທີ່ມີຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກ: ການນໍາໄຟຟ້າຂອງມັນແມ່ນດີເລີດເທົ່າກັບທອງແດງ, ແລະການນໍາຄວາມຮ້ອນຂອງມັນແມ່ນດີກ່ວາວັດສະດຸທີ່ຮູ້ຈັກ.ມັນມີຄວາມໂປ່ງໃສຫຼາຍ.ມີພຽງແຕ່ສ່ວນນ້ອຍ (2.3%) ຂອງເຫດການແນວຕັ້ງ ແສງສະຫວ່າງທີ່ສັງເກດເຫັນຈະຖືກດູດຊຶມໂດຍ graphene, ແລະແສງສະຫວ່າງສ່ວນໃຫຍ່ຈະຜ່ານ.ມັນມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຫຼາຍຈົນວ່າອະຕອມຂອງ helium (ໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດ) ບໍ່ສາມາດຜ່ານໄດ້.ຄຸນສົມບັດ magical ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນບໍ່ໄດ້ສືບທອດໂດຍກົງຈາກ graphite, ແຕ່ມາຈາກກົນໄກການ quantum.ຄຸນສົມບັດໄຟຟ້າແລະ optical ເປັນເອກະລັກຂອງມັນກໍານົດວ່າມັນມີຄວາມສົດໃສດ້ານການນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ.

ເຖິງແມ່ນວ່າ graphene ໄດ້ປະກົດພຽງແຕ່ຫນ້ອຍກວ່າສິບປີ, ມັນໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນການນໍາໃຊ້ດ້ານວິຊາການຈໍານວນຫຼາຍ, ເຊິ່ງຫາຍາກຫຼາຍໃນຂົງເຂດຟີຊິກແລະວິທະຍາສາດວັດສະດຸ.ມັນໃຊ້ເວລາຫຼາຍກວ່າສິບປີຫຼືແມ້ກະທັ້ງທົດສະວັດສໍາລັບວັດສະດຸທົ່ວໄປທີ່ຈະຍ້າຍອອກຈາກຫ້ອງທົດລອງໄປສູ່ຊີວິດຈິງ.ການນໍາໃຊ້ graphene ແມ່ນຫຍັງ?ໃຫ້​ເຮົາ​ເບິ່ງ​ສອງ​ຕົວ​ຢ່າງ.

ອ່ອນ electrode ໂປ່ງໃສ
ໃນເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າຈໍານວນຫຼາຍ, ວັດສະດຸ conductive ໂປ່ງໃສຈໍາເປັນຕ້ອງຖືກນໍາໃຊ້ເປັນ electrodes.ໂມງອີເລັກໂທຣນິກ, ເຄື່ອງຄິດເລກ, ໂທລະພາບ, ຈໍສະແດງຜົນໄປເຊຍກັນຂອງແຫຼວ, ຫນ້າຈໍສໍາຜັດ, ແຜງແສງອາທິດແລະອຸປະກອນອື່ນໆຈໍານວນຫຼາຍບໍ່ສາມາດອອກຈາກການມີຢູ່ຂອງ electrodes ໂປ່ງໃສ.electrode ໂປ່ງໃສແບບດັ້ງເດີມໃຊ້ indium tin oxide (ITO).ເນື່ອງຈາກລາຄາສູງແລະການສະຫນອງຈໍາກັດຂອງ indium, ວັດສະດຸແມ່ນ brittle ແລະຂາດຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ, ແລະ electrode ຕ້ອງໄດ້ຮັບການຝາກໄວ້ໃນຊັ້ນກາງຂອງສູນຍາກາດ, ແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແມ່ນຂ້ອນຂ້າງສູງ.ສໍາລັບເວລາດົນນານ, ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ພະຍາຍາມຊອກຫາຕົວທົດແທນຂອງມັນ.ນອກ ເໜືອ ໄປຈາກຄວາມຕ້ອງການຂອງຄວາມໂປ່ງໃສ, ການ ນຳ ໃຊ້ທີ່ດີແລະການກະກຽມງ່າຍ, ຖ້າຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຂອງວັດສະດຸຂອງມັນເອງດີ, ມັນຈະ ເໝາະ ສຳ ລັບການເຮັດ "ກະດາດເອເລັກໂຕຣນິກ" ຫຼືອຸປະກອນສະແດງທີ່ສາມາດພັບໄດ້ອື່ນໆ.ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຍັງເປັນລັກສະນະທີ່ສໍາຄັນ.Graphene ແມ່ນອຸປະກອນດັ່ງກ່າວ, ເຊິ່ງແມ່ນເຫມາະສົມສໍາລັບ electrodes ໂປ່ງໃສ.

ນັກຄົ້ນຄວ້າຈາກມະຫາວິທະຍາໄລ Samsung ແລະ chengjunguan ໃນເກົາຫຼີໃຕ້ໄດ້ຮັບ graphene ທີ່ມີເສັ້ນຂວາງຂອງ 30 ນິ້ວໂດຍການລະບາຍອາຍພິດຂອງສານເຄມີແລະໂອນມັນເຂົ້າໄປໃນຮູບເງົາ polyethylene terephthalate (PET) ຫນາ 188 micron ເພື່ອຜະລິດຫນ້າຈໍສໍາຜັດທີ່ອີງໃສ່ graphene [4].ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້, graphene ທີ່ປູກຢູ່ໃນແຜ່ນທອງແດງຖືກຜູກມັດຄັ້ງທໍາອິດກັບ tape stripping ຄວາມຮ້ອນ (ສ່ວນໂປ່ງໃສສີຟ້າ), ຫຼັງຈາກນັ້ນ foil ທອງແດງຖືກລະລາຍໂດຍວິທີທາງເຄມີ, ແລະສຸດທ້າຍ graphene ໄດ້ຖືກໂອນເຂົ້າໄປໃນຮູບເງົາ PET ໂດຍການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ. .

ອຸປະກອນ induction photoelectric ໃໝ່
Graphene ມີຄຸນສົມບັດ optical ເປັນເອກະລັກຫຼາຍ.ເຖິງແມ່ນວ່າມີປະລໍາມະນູພຽງແຕ່ຫນຶ່ງຊັ້ນ, ມັນສາມາດດູດຊຶມ 2.3% ຂອງແສງສະຫວ່າງທີ່ປ່ອຍອອກມາໃນຂອບເຂດຄວາມຍາວຂອງຄື້ນທັງຫມົດຈາກແສງທີ່ເບິ່ງເຫັນເຖິງແສງ infrared.ຕົວເລກນີ້ບໍ່ມີຫຍັງກ່ຽວຂ້ອງກັບຕົວກໍານົດການວັດສະດຸອື່ນໆຂອງ graphene ແລະຖືກກໍານົດໂດຍ electrodynamics quantum [6].ແສງສະຫວ່າງທີ່ຖືກດູດຊືມຈະນໍາໄປສູ່ການຜະລິດຕົວນໍາ (ເອເລັກໂຕຣນິກແລະຮູ).ການຜະລິດແລະການຂົນສົ່ງຂອງຜູ້ຂົນສົ່ງໃນ graphene ແມ່ນແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍຈາກຜູ້ທີ່ຢູ່ໃນ semiconductors ແບບດັ້ງເດີມ.ນີ້ເຮັດໃຫ້ graphene ເຫມາະຫຼາຍສໍາລັບອຸປະກອນ induction photoelectric ultrafast.ມັນຄາດຄະເນວ່າອຸປະກອນ induction photoelectric ດັ່ງກ່າວອາດຈະເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ຄວາມຖີ່ຂອງ 500ghz.ຖ້າມັນຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການສົ່ງສັນຍານ, ມັນສາມາດສົ່ງ 500 ຕື້ສູນຫຼືຫນຶ່ງວິນາທີ, ແລະສໍາເລັດການສົ່ງເນື້ອຫາຂອງແຜ່ນ Blu ray ສອງແຜ່ນໃນຫນຶ່ງວິນາທີ.

ຜູ້ຊ່ຽວຊານຈາກສູນຄົ້ນຄວ້າ IBM Thomas J. Watson ໃນສະຫະລັດໄດ້ໃຊ້ graphene ເພື່ອຜະລິດອຸປະກອນ induction photoelectric ທີ່ສາມາດເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ຄວາມຖີ່ 10GHz [8].ທໍາອິດ, flakes graphene ໄດ້ຖືກກະກຽມຢູ່ເທິງຊັ້ນໃຕ້ດິນຂອງຊິລິໂຄນທີ່ປົກຄຸມດ້ວຍຊິລິກາຫນາ 300 nm ໂດຍ "ວິທີການຈີກ tape", ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນ electrodes ຄໍາ palladium ຫຼື titanium ທີ່ມີໄລຍະຫ່າງຂອງ 1 micron ແລະຄວາມກວ້າງ 250 nm ໄດ້ຖືກເຮັດໃສ່ມັນ.ດ້ວຍວິທີນີ້, ອຸປະກອນ induction photoelectric ທີ່ອີງໃສ່ graphene ແມ່ນໄດ້ຮັບ.

ແຜນວາດແຜນພາບຂອງອຸປະກອນ induction graphene photoelectric ແລະກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກ scanning (SEM) ຂອງຕົວຢ່າງຕົວຈິງ.ເສັ້ນສັ້ນສີດໍາໃນຮູບເທົ່າກັບ 5 microns, ແລະໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງສາຍໂລຫະແມ່ນຫນຶ່ງ micron.

ໂດຍຜ່ານການທົດລອງ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ພົບເຫັນວ່າອຸປະກອນໄຟຟ້າ induction ໂຄງສ້າງໂລຫະ graphene ໂລຫະນີ້ສາມາດບັນລຸຄວາມຖີ່ຂອງການເຮັດວຽກຂອງ 16ghz ທີ່ສຸດ, ແລະສາມາດເຮັດວຽກຢູ່ໃນຄວາມໄວສູງໃນລະດັບຄວາມຍາວຄື້ນຈາກ 300 nm (ໃກ້ ultraviolet) ເຖິງ 6 microns (infrared), ໃນຂະນະທີ່. ທໍ່ induction photoelectric ແບບດັ້ງເດີມບໍ່ສາມາດຕອບສະຫນອງກັບແສງ infrared ທີ່ມີຄວາມຍາວຄື່ນຍາວ.ຄວາມຖີ່ຂອງການເຮັດວຽກຂອງອຸປະກອນ induction photoelectric graphene ຍັງມີຫ້ອງທີ່ຍິ່ງໃຫຍ່ສໍາລັບການປັບປຸງ.ປະສິດທິພາບທີ່ດີກວ່າຂອງມັນເຮັດໃຫ້ມັນມີຄວາມສົດໃສດ້ານຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ກວ້າງຂວາງ, ລວມທັງການສື່ສານ, ການຄວບຄຸມຫ່າງໄກສອກຫຼີກແລະການຕິດຕາມສິ່ງແວດລ້ອມ.

ໃນຖານະເປັນວັດສະດຸໃຫມ່ທີ່ມີຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກ, ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບການນໍາໃຊ້ graphene ກໍາລັງປະກົດຕົວຫນຶ່ງຫຼັງຈາກທີ່ອື່ນ.ມັນເປັນການຍາກສໍາລັບພວກເຮົາທີ່ຈະ enumerate ເຂົາເຈົ້າຢູ່ທີ່ນີ້.ໃນອະນາຄົດ, ອາດຈະມີທໍ່ສົ່ງຜົນກະທົບພາກສະຫນາມທີ່ເຮັດດ້ວຍ graphene, ສະຫຼັບໂມເລກຸນທີ່ເຮັດດ້ວຍ graphene ແລະເຄື່ອງກວດໂມເລກຸນທີ່ເຮັດຈາກ graphene ໃນຊີວິດປະຈໍາວັນ… Graphene ທີ່ຄ່ອຍໆອອກຈາກຫ້ອງທົດລອງຈະສະຫວ່າງໃນຊີວິດປະຈໍາວັນ.

ພວກເຮົາສາມາດຄາດຫວັງວ່າຜະລິດຕະພັນເອເລັກໂຕຣນິກຈໍານວນຫລາຍທີ່ໃຊ້ graphene ຈະປາກົດຂຶ້ນໃນອະນາຄົດອັນໃກ້ນີ້.ລອງຄິດເບິ່ງວ່າມັນໜ້າສົນໃຈຫຼາຍປານໃດ ຖ້າໂທລະສັບສະມາດໂຟນ ແລະ ເນັດບ໊ກຂອງພວກເຮົາສາມາດມ້ວນ, ມັດຫູຂອງພວກເຮົາ, ມັດໃສ່ກະເປົ໋າຂອງພວກເຮົາ, ຫຼື ຫໍ່ໃສ່ຂໍ້ມືຂອງພວກເຮົາເມື່ອບໍ່ໄດ້ໃຊ້!


ເວລາປະກາດ: 09-09-2022