211service.com
Kā pagatavot grafēnu
Grafēns - plakans viens oglekļa atomu slānis - var transportēt elektronus ievērojamā ātrumā, padarot to par daudzsološu materiālu elektroniskām ierīcēm. Vēl nesen pētnieki varēja izgatavot tikai nelielas materiāla pārslas un tikai nelielos daudzumos. Tomēr Rutgers universitātes pētnieki ir izstrādājuši vienkāršu veidu, kā izgatavot caurspīdīgas grafēna plēves, kas ir dažus centimetrus platas un viena līdz piecus nanometrus biezas.
Elastīgs process: Jauna ražošanas metode, ko izstrādājuši Rutgers universitātes pētnieki, var uzklāt grafēna plēvi - atomu biezu oglekļa loksni - uz gandrīz jebkura substrāta, ieskaitot šeit parādīto elastīgo plastmasu. Plēves var izmantot plānslāņa tranzistoros vai kā vadošus elektrodus organiskajām saules baterijām.
Plānās grafēna plēves varētu nodrošināt lētu caurspīdīgo, vadošo indija alvas oksīda elektrodu nomaiņu, ko izmanto organiskajās saules baterijās. Tie varētu arī aizstāt silīcija plānās plēves tranzistorus, kas izplatīti displeju ekrānos. Grafēns var transportēt elektronus desmitiem reižu ātrāk nekā silīcijs, tāpēc grafēna bāzes tranzistori varētu strādāt ātrāk un patērēt mazāk enerģijas. (Skatiet Grafēna tranzistori un labāki grafēna tranzistori.)
Faktiski Rutgers materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors Manish Chhowalla un viņa kolēģi izmantoja savas grafēna plēves, lai izgatavotu tranzistoru prototipus un organiskos saules zvanus. Nesenā Dabas nanotehnoloģijas papīrs , viņi parādīja, ka tie var uzklāt caurspīdīgās plēves uz jebkura substrāta, tostarp stikla un elastīgas plastmasas. Chhowalla saka, ka metodi varētu pielāgot plašākam mērogā, lai pārklātu metrus un metrus substrātu ar grafēna plēvēm, izmantojot apstrādi no ruļļa uz ruļļiem, kas tiek izstrādāta, lai izveidotu lielas elastīgas elektroniskās shēmas.
Turpretim pašreizējās grafēna ražošanas metodes nodrošina nelielu materiāla daudzumu, kas ir piemērots tikai eksperimentālai lietošanai. Viens izplatīts paņēmiens tiek saukts par Scotch tape metodi, kurā lentes gabals tiek izmantots, lai atdalītu grafēna pārslas no grafīta gabala, kas būtībā ir grafēna lokšņu kaudze. Tā rezultātā rodas mikrometra izmēra grafēna fragmenti, kas tiek novietoti starp elektrodiem, lai izveidotu tranzistoru. Bet, ja jūs runājat par liela mēroga ierīcēm, jūs vēlaties izveidot makroskopiskas [loksnes], saka Hanness Šņeps , grafēna pētnieks Prinstonas Universitātē. Šim nolūkam jums ir jāvada mazāku grafēna gabalu montāža lielā teritorijā, saka Šņeps, un tieši to dara Rutgers pētnieki.
Pētnieki sāk ar grafēna oksīda pārslu suspensiju. Tās oksidē grafīta pārslas ar sērskābi vai slāpekļskābi. Tas ievieto skābekļa atomus starp atsevišķām grafēna loksnēm un atdala tās, kā rezultātā veidojas grafēna oksīda loksnes, kas tiek suspendētas ūdenī.
Suspensiju filtrē caur membrānu, kurai ir 25 nanometrus platas poras. Ūdens iziet cauri porām, bet grafēna oksīda pārslas, no kurām katra ir dažus mikrometrus platas un aptuveni vienu nanometru biezas, pārklāj poras. Tas notiek regulētā veidā, saka Chhowalla. Kad pārsla pārklāj poras, ūdens tiek novirzīts uz tās neaizsegtajiem kaimiņiem, kas savukārt tiek pārklāti, līdz pārslas tiek izplatītas pa visu virsmu. Šī metode ļauj nogulsnēt atsevišķus grafēna slāņus, saka Chhowalla. [Tā] rezultātā uz membrānas nogulsnējas gandrīz vienmērīga plēve. Pētnieki novieto ar plēvi pārklāto membrānas pusi uz pamatnes, piemēram, stikla vai plastmasas, un nomazgā membrānu ar acetonu. Visbeidzot, viņi pakļauj plēvi ķīmiskai vielai, ko sauc par hidrazīnu, kas grafēna oksīdu pārvērš grafēnā.
Džeimsa tūre , Raisa universitātes ķīmijas profesors, saka, ka šī noteikti ir vienkāršākā metode, ko esmu redzējis [grafēna plānās kārtiņas] veidošanai lielos apgabalos. Viņš domā, ka procesu varētu viegli pārveidot par lielāku, komerciāla mēroga ražošanas tehniku. Viņš saka, ka tas ir ļoti piemērots ātrai ražošanai. Nevajadzēs daudz, lai šīs lietas ražotu… un aptvertu lielas platības.
Chhowalla un viņa kolēģi kontrolē plēves biezumu, mainot suspensijas tilpumu. 20 mililitru tilpums rada plēvi, kuras biezums lielākoties ir viens līdz divi nanometri, savukārt 80 mililitru suspensijas rezultātā veidojas plēves, kuru biezums galvenokārt ir trīs līdz pieci nanometri. Plānākās plēves ir par 95 procentiem caurspīdīgas. Pētnieki ir izmantojuši plēves kā caurspīdīgus elektrodus organiskajās saules baterijās. Viņi ir izgatavojuši arī tranzistorus, novietojot savas plēves uz silīcija substrāta un uzklājot uz tiem zelta elektrodus.
Grafēna plēvēm ir nepieciešams daudz vairāk darba. Pašlaik tranzistori nenes tik daudz strāvas kā tie, kas izgatavoti no atsevišķām grafēna pārslām, kas, pēc pētnieku domām, ir tāpēc, ka to plēvēs pārklājas. Augstas kvalitātes tranzistoriem būs jāizgatavo viena slāņa grafēna plēves bez pārklāšanās. Viņiem arī jāuzlabo savas plēves vadītspēja: indija alvas oksīds joprojām ir simtiem reižu vadošāks. Organiskās saules baterijas ar indija alvas oksīda elektrodiem ir no 3 līdz 5 procentiem efektīvas. Izmantojot grafēna plānslāņa elektrodus, mēs iegūstam 0,1 procentu, saka Chhowalla, taču šīs ir koncepcijas pierādījuma ierīces un, protams, ar laiku uzlabosies.
Tour uzskata, ka filma vairāk sola organiskās saules baterijas nekā tranzistorus. Daudzi pētnieki arī pēta oglekļa nanocaurules plēves kā veidu, kā aizstāt indija alvas oksīda pārklājumus uz saules baterijām. Taču Tūrs saka, ka grafēns, iespējams, būtu vieglāk nekā izmantot oglekļa nanocaurules, jo materiāls ir labāk pieejams. Nozarei varētu būt arī vieglāk pieņemt grafēnu, jo daži cilvēki bažījas par oglekļa nanocauruļu ietekmi uz vidi.