Startuj z nami!

www.szkolnictwo.pl

praca, nauka, rozrywka....

mapa polskich szkół
Nauka Nauka
Uczelnie Uczelnie
Mój profil / Znajomi Mój profil/Znajomi
Poczta Poczta/Dokumenty
Przewodnik Przewodnik
Nauka Konkurs
uczelnie

zamów reklamę
zobacz szczegóły
uczelnie

Grafen

Grafen

Grafit zbudowany jest z warstw grafenowych

Grafen – jedna z alotropowych form węgla , odkryta w 2004 roku przez grupę brytyjsko-rosyjską[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 ok. 1,42 Å , czyli 0,142 nanometra . 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

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 proc. światła), przez jego warstwę nie przechodzą nawet atomy helu .
  • Jest ponad 100 razy mocniejszy niż stal , a zarazem tak elastyczny , że można go bez szkody rozciągnąć o 20 procent.

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 .

Otrzymywanie

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 koreańscy badacze z Uniwersytetu Sungkyunkwan poinformowali o opracowaniu metody pozwalającej na tańsze wyprodukowanie fragmentów o powierzchni nawet 1 cm²[7].

Przypisy

  1. 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 . 
  2. H.P. Boehm, R. Setton, E. Stumpp. Nomenclature and terminology of graphite intercalation compounds. „Pure and Applied Chemistry”. 66, ss. 1893-1901 (1994). doi:10.1351/pac199466091893 ( ang. ). 
  3. The Nobel Prize in Physics 2010 . [dostęp 2010-10-05].
  4. Piotr Kościelniak: Przyszłość komputerów jest czarna . Rzeczpospolita, 30-01-2009. [dostęp 2009-01-31].
  5. Colin Barras: Organic computing takes a step closer ( ang. ). New Scientist, 29 stycznia 2009. [dostęp 2009-01-30].
  6. 100-GHz Transistors from Wafer-Scale Epitaxial Graphene - Lin et al. 327 (5966): 662 - Science
  7. Piotr Kościelniak: Elastyczna elektronika . Rzeczpospolita, 15-01-2009. [dostęp 2009-01-31].

Zobacz też

Linki zewnętrzne


Inne hasła zawierające informacje o "Grafen":

Węgiel (pierwiastek) ...

Alotropia ...

Ciało krystaliczne ...

Nanorurka ...

Fulereny ...

Andriej Gejm ...

Konstantin Nowosiołow ...

Grafen Grafit zbudowany jest z warstw GrafenowychGrafen – jedna z alotropowych form węgla , odkryta w 2004 roku przez ...

Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki ...

Spirytualista (powieść) życiowymi właśnie do Wenecji[25]. WydaniaFriedrich Schiller: Der Geisterseher. Aus den Memoiren des Grafen von O***, Sämtliche Werke, Band III, Gedichte, Erzählungen, Übersetzungen, Deutscher Bücherbund, ...


Inne lekcje zawierające informacje o "Grafen":

042. Lichtenstein (plansza 17) 2 und 3 Obergeschoss des Schlosses befinden sich die Privatgemächer des Grafen Wilhelm von Württemberg. Na 2 i 3 piętrze zamku są prywatne komnaty ...





Zachodniopomorskie Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie Mazowieckie Lubelskie Kujawsko-Pomorskie Wielkopolskie Lubuskie Łódzkie Świętokrzyskie Podkarpackie Małopolskie Śląskie Opolskie Dolnośląskie