Co to jest grafen?
Grafen jest określeniem specjalnej struktury lub allotropu atomów węgla, w których samoczynnie składają się w podwójnie związane sześć pierścieni atomowych węgla w dwuwymiarowych arkuszach. W skali atomowej grafen przypomina strukturę drutu z kurczaka lub ogrodzenia z ogniwa łańcucha i jest powtarzalną dwuwymiarową strukturą, która po złożeniu w cylindry jest znana jako nanorurka węglowa lub, gdy jest uformowana w kulę , jest często określany jako buckyball lub fuleren. Jednym z najczęstszych obszarów, w których arkusze grafenu istnieją naturalnie i są wytwarzane w małych ilościach, są tak zwane ołówki, które zwykle ocierają arkusze siatki węglowej od ołówka, gdy są ścierane o papier, pozostawiając znane ślady ołówka .
Zarówno materiały grafitowe, jak i badania nad technologią grafenową są uważane za tak ważne w XXI wieku, że zdobyły dwóch badaczy z Wielkiej Brytanii na Uniwersytecie w Manchesterze nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2010 roku. Andre Geim, fizyk holendersko-rosyjski, i Konstantin Novoselov , rosyjsko-brytyjski fizyk, odkrył praktyczną metodę wytwarzania pojedynczych atomowych warstw grafenu. Zastosowania atomowych warstw grafenu obejmują spektrum od bardzo gęstych form przechowywania danych w komputerach do ultrakondensatorów do przechowywania energii elektrycznej i elastycznych ogniw słonecznych, które mogłyby zastąpić trudne do pracy krzemem. Unikalny dwuwymiarowy kształt arkuszy grafenu sprawia, że są one również przydatne w badaniach fizyki cząstek w akceleratorach jądrowych, gdzie mogą mieć zerową masę spoczynkową, co pozwala im wykazywać cechy zasady nieoznaczoności Heisenberga, gdy są bombardowane relatywistycznymi strumieniami elektronów.
Liczne potencjalne zastosowania komercyjne grafenu doprowadziły do stałego wzrostu liczby opublikowanych prac społeczności naukowej. W 2011 r. Zgłoszono ponad 25 000 prac naukowych i patentów na zastosowania grafenu, przy czym roczna średnia skoczyła ze 157 w 2004 r. Do ponad 2 500 prac w 2010 r. Rozwój fotoniki graficznej i urządzeń optoelektronicznych jest jedną z najbardziej obiecujących badanych dziedzin. Wynika to z faktu, że materiał ten może poprawić efektywność paneli z diodami elektroluminescencyjnymi (LED) stosowanych we wszystkim, od ekranów komputerowych i telewizyjnych po czujniki światła. Grafen sprawiłby, że takie wyświetlacze byłyby bardziej elastyczne i trwalsze, i zastąpiłby potrzebę stosowania rzadkich i czasem toksycznych metali przy ich produkcji, takich jak platyna i ind.
Jedną z głównych właściwości grafenu, która uczyniłaby go użytecznym jako elastyczny ekran dotykowy do bankomatu (ATM) lub ogniwa słonecznego, jest to, że może on być zarówno przezroczysty dla przepływu światła, jak i wydajnego przewodnika elektrycznego w tym samym czasie. Dopiero w 2010 r. Przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, jednak możliwy był łatwy sposób wytwarzania dużych ilości pojedynczych warstw atomowych materiału. Od czasu opublikowania metodologii produkcji przez naukowców z Uniwersytetu w Manchesterze południowokoreańscy naukowcy znaleźli sposób na zwiększenie skali procesu w celu wytworzenia arkuszy materiału, które można wykorzystać na standardowe ekrany komputerowe i telewizyjne.