Применение графена

В настоящее время применение графена все более широко используется в современном обществе. Стоит поучиться применению графена. Теперь у нас есть глубокое понимание применения графена.

Графен (Graphene) - это двумерный материал, состоящий из атомов углерода с sp2-гибридизированными орбиталями, который представляет собой гексагональную плоскую пленку с сотовой решеткой. Графен долгое время считался гипотетической структурой, стабильной только в [1], до 2004 года, когда британский физик из Манчестерского университета Андре Гейм и Константин углерод успешно в экспериментах изолировали графен от графита и подтвердили, что он может существовать отдельно, два Люди также из-за «новаторского эксперимента» с материалами 2-мерного графена разделили Нобелевскую премию по физике 2010 года.

Графен в настоящее время является самым тонким и твердым наноматериалом в мире [3]. Он практически полностью прозрачен и поглощает всего 2,3% света. Коэффициент теплопроводности достигает 5300 Вт / м · К, что выше, чем у углеродных нанотрубок и алмаза, при комнатной температуре - подвижность электронов более 15000 см2 / об. С, и выше, чем у углеродных нанотрубок или кристалла кремния *, и Уровень сопротивления составляет всего около 10-6 Ом · см, что ниже, чем у меди или серебра, так как удельное сопротивление самых маленьких материалов [1] в мире. Из-за его чрезвычайно низкого удельного сопротивления электроны перемещаются чрезвычайно быстро, поэтому ожидается, что они будут использоваться для разработки нового поколения электронных компонентов или транзисторов, которые тоньше и быстрее проводят электричество. Поскольку графен по сути является прозрачным и хорошим проводником, его также можно использовать для изготовления прозрачных сенсорных экранов, световых панелей и даже солнечных элементов.

Еще одним свойством графена является его способность наблюдать квантовый эффект Холла при комнатной температуре.

Структура графена

Графен представляет собой двумерную (2D) периодическую сотовую решетчатую структуру, состоящую из шестиуглеродного кольца, которое можно деформировать в фуллерен с нулевым размером (0D), свернуть в одномерную (1D) углеродную нанотрубку (CNT) или сложить в три части. -мерный (3D) графит. Следовательно, графен - основная единица графитовых материалов. Основная структурная единица графена - это наиболее стабильное бензольное шестиэлементное кольцо в органических материалах, которое в настоящее время является наиболее идеальным двумерным наноматериалом. Идеальная структура графена представляет собой плоскую гексагональную решетку, которую можно рассматривать как слой очищенных молекул графита. Каждый атом углерода sp2-гибридизован и вносит один из оставшихся электронов на p-орбитали, чтобы сформировать большую связь PI. Электроны PI могут свободно перемещаться, что придает графену хорошую электропроводность. Двумерная структура графена может рассматриваться как основной строительный блок для образования всех sp2-гибридных углеродных материалов.

Оптические свойства графена

Согласно теоретическим выводам, графен может поглощать \ PI \ alpha \ приблизительно 2.3% \, \! Белый свет; \ Alpha \ \! Постоянная тонкая структура. У монослоя не должно быть такой непрозрачности, а уникальные электронные свойства монослоя графена создают такое удивительное количество непрозрачности. Из-за необычной низкоэнергетической электронной структуры графена электроны и конические дырочные зоны встречаются в точке Дирака, что и приводит к такому результату. Результаты были правильными, и непрозрачность графена составляла 2.3 \ pm0.1% \, \! Не зависит от длины световой волны. Однако из-за низкой точности этот метод не может быть использован для определения эталонов постоянных тонкой структуры.

Недавно эксперименты показали, что при комнатной температуре энергетическую щель графена можно регулировать от 0 эВ до 0,25 эВ (длина волны примерно 5 микрон) путем подачи напряжения на двухслойный графеновый полевой транзистор с электродом с двойным затвором. Применяя внешнее магнитное поле, оптический отклик графеновых нанорибонов также можно настроить в терагерцовом диапазоне частот [48].

Важные свойства графена

До открытия графена большинство физиков, если не все, считали, что термодинамические флуктуации не позволяют существовать какому-либо двумерному кристаллу при конечных температурах. Так что его открытие сразу потрясло физику конденсированных сред. Хотя и теоретический, и экспериментальный мир считают, что идеальная двумерная структура не может быть стабильной при неабсолютном нуле, однослойный графен был получен экспериментально. Это может быть связано с микроскопическими морщинами в графене на наноуровне.

Графен также демонстрирует аномальный целочисленный квантовый эффект Холла. Холловская проводимость = 2e2 / h, 6e2 / h, 10e2 / h ... является нечетным кратным квантовой проводимости и может наблюдаться при комнатной температуре. Ученые интерпретировали такое поведение как «электроны в графене подчиняются релятивистской квантовой механике и не имеют статической массы». В 2007 году в трех статьях утверждалось, что в pn- или pnp-переходах графена наблюдается частичный квантовый эффект Холла. Физические теоретики объяснили это явление. В 2009 году две американские команды наблюдали дробный квантовый эффект Холла с населением 1/3 в графене. Профессор Хайм писал о прогрессе и перспективах исследований графена.

Подводя итог, в этой статье объясняется применение графена, и я считаю, что вы все больше и больше понимаете применение графена. Я надеюсь, что эта статья может оказаться полезной для всех читателей.

Страница содержит содержимое машинного перевода.