Графен

Графеном (Graphene) называется слой атомов углерода, соедненных посредствам связи sp². Графен характеризуется большой механической жесткостью, высокими значениями теплопроводности и электрической проводимости, что делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях – от наноэлектроники до покрытия фюзеляжей авиалайнеров. Но процедура отделения графеновых слоев от графита крайне сложна, поэтому один из путей практического использования их уникальных свойств состоит в том, чтобы попытаться изготовить композиты на их основе. Данная материя не является просто кусочком обычного угля, графита, или алмаза. Из-за своих малых размеров она проявляет удивительные свойства.

Содержание

Открытие

Терминология

ИЮПАК заявил

Раньше под словом графен подразумевались любые графитовые слои или части графита... однако нельзя использовать тот же термин для описания однослойных частей графита. Термин графен должен применяться только для описания выделенных однослойных структур атомов углерода

Как заявили авторы статьи в журнале Science [1], физики Константин Новоселов из Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов в Черноголовке и Андре Гейм (Andre Geim) из Университета Манчестера

Термин графен, данный однослойным структурам атомов углерода, также широко применяется для описания структур на основе атомов углерода, таких как нанотрубки и фуллерены. Чистый графен не может существовать в свободном состоянии, так как это состояние нестабильно.

Получение

Кусочки графена можно получить при механическом воздействии на пиролитический графит. При движении кристалла вдоль плоскости, от него один за другим отделяются тончайщие слои углерода, располагаясь при этом в одной плоскости. Эффект напоминает движение мела по школьной доске. Естественно, что получившийся монослой обладает некоторыми дефектами (так например, подвижность электрона ограничена велечинами 104 см²В-1с-1 . В таких образцах можно наблюдать квантовый эффект Холла.

Похожие работы были проведены в Принстонском университете группой ученых во главе с профессором Али Яздани.

Многие результаты, полученные группой Новоселова, опубликованные в статье "Двумерные атомные кристаллы" в журнале PNAS [2] согласуются с результатами Али Яздани.

Считается, что при помощи графенов можно сконструировать баллистический транзистор. В марте 2006 году исследователи из института штата Georgia заявили, что ими был получен полевой транзистор на графеновом слое, а также квантово-интерференционный прибор.[3] Исследователи полагают, что благодаря их достижениям в скором времени появится новый класс графеновой наноэлектроники с базовой толщиной транзисторов до 10 нм.

Химические модификации

Кусочки графена можно приготовить из графита [4]. Для начала микрокристаллы графита подвергаются действию смеси серной и соляной кислот. Графит окисляется, и на краях образца появляются карбоксильные группы графена. Их превращают в хлориды при помощи тионилхлорида. Затем, под действием октадециламина в растворах тетрагидрофурана, тетрахлорметана и дихлорэтана, они переходят в графеновые слои толщиной 5.4 ангстрем.

Идеальные графены состоят исключительно из гексагональных кристаллических решеток, так как присутсвие пятиугольной и семиугольной будут приводит к различного рода дефектам. Если в графене будет присутствовать пятиуголная решетка, тогда атомная плоскость свернется в конус, а присутствие одновременно 12 таких решеток приведет к образованию фуллерена. Если же в графене будет присутсвовать семиугольная решетка, то атомная плоскость примет седловидную форму. Таким образом различные комбинации атомных структур внутри графена могут образовывать различные формы поверхности.

Поразительные факты, наблюдающиеся в графене

  • В статье, опубликованной 10 ноября 2005 года в журнале Nature [5], Константин Новоселов и Андре Гейм утверждают, что электрические заряды в графене ведут себя как релятивистские частицы с нулевой массой покоя. Эти частицы, известные как безмассовые фермионы Дирака, предсказаны теорией относительности Эйнштейна и описаны уравнением Дирака.
  • В графене удалось наблюдать когеренцию электронов при комнатной температуре, что свидетельствует о проявлении эффектов квантовой интерференции.
  • При сворачивании графена в цилиндр получается одностенная нанотрубка, а совокупность большого количества таких параллельных друг другу слоев представляет собой графит. В зависимости от конкретной схемы сворачивания графитовой плоскости, нанотрубки могут быть и проводниками, и полупроводниками .

Ссылки

  1. Novoselov, K.S. et al. "Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films", Science, Vol 306 (5696), p. 666-669, 2004 doi:10.1126/science.1102896
  2. Novoselov, K.S. et al. "Two-dimensional atomic crystals", PNAS, Vol 102 (30), p. 10451-10453, January 26, 2005 doi:10.1073/pnas.0502848102
  3. Carbon-Based Electronics: Researchers Develop Foundation for Circuitry and Devices Based on Graphite March 14, 2006 gtresearchnews.gatech.edu Link
  4. Solution Properties of Graphite and Graphene Sandip Niyogi, Elena Bekyarova, Mikhail E. Itkis, Jared L. McWilliams, Mark A. Hamon, and Robert C. Haddon J. Am. Chem. Soc.; 2006; 128(24) pp 7720 - 7721; (Communication) doi:10.1021/ja060680r
  5. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene [1]

См. также

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home