Վիքիպեդիա

Գրաֆեն

Չշփոթել Գրաֆան Գրաֆիմ հոդվածի հետ։
Գրաֆեն
Ընդհանուր
Անվանում Գրաֆեն
Ավանդական անվանում Միաշերտ գրաֆիտ
Ստացման մեթոդներ Մեխանիկական հերձում[1]
Կառուցվածք
Բյուրեղային կառուցվածք Վեցանկյուն ցանց[1]
Հիմնական ցանց 0,246 նմ[2]
Քիմիական կազմ
Քիմիական բանաձև Cn
Հայտնի միացություններ (CH)n, (CF)n
Электронные свойства
Էլեկտրոնների էֆեկտիվ զանգված 0 me[3]
Խոռոչների էֆեկտիվ զանգված 0 me[3]
Գոտիական կառուցվածք
Հաղորդիչ հատկություններ Կիսամետաղ
Արգելված գոտու լայնություն 0 էՎ[3]

Գրաֆեն, (անգլ․֊ graphene/ˈɡræf.iːn/)1 ատոմի հաստությամբ ձևափոխություն։ Այն առաջանում է ածխածնի ատոմների շերտից, որոնք ունեն վեցանկյուն երկակի բյուրեղացանց։ Միանում է δ և π կապերով, երբ ածխածինը գտնվում է sp2 հիբրիդացման աստիճանում։ Իր բնույթով ածխածնի երկչափ ալոտրոպ ձևափոխություն է։ Լիցքակիրների բարձր շարժունակությունը(հայտնի նյութերից ամենաբարձրը էլեկտրոնի շարժունակությունն է)նյութի օգտագործումը ամենատարբեր ծրագրերում դարձնում է հեռանկարային, մասնավորապես` հիմք է դառնում ապագա նանոէլեկտրոնիկայի[4] և ինտեգրալային միկրոսխեմաներում սիլիցիումի հավանական փոխարինման համար։ Գրաֆենը ունի բազմաթիվ հատկություններ։ Այն մոտավորապես 200անգամ ավելի ամուր է, քան պողպատը։ Այն ջերմությունը և էլեկտրականությունը հաղորդում է շատ էֆեկտիվորեն և գրեթե թափանցիկ է[5]։ Գրաֆենում նաև կա մեծ ու ոչ գծային դիամագնիսականություն[6],նույնիսկ ավելի շատ, քան գրաֆիտի մոտ։ Հետազոտողները նրանում հայտնաբերել են երկբևեռ տրանզիստրի էֆեկտ, բալիստիկ տեղափոխվող լիցքեր և մեծ քվանտային տատանումներ[7]։ 2010 թվականին գազային ֆազայով քիմիական նստեցման եղանակով աճեցվել է գրաֆենի մետրանոց թերթեր, որի միջոցով շատ ավելի մատչելի դարձավ արդյունաբերությունը։ Մյուս մեթոդը ջերմային քայքայումն էր սիլիցիումի կարբիդի տակդիրով[8]։ «Առաջադեմ փորձեր երկչափ նյութի՝ գրաֆենի հետ»-ի համար Անդրեյ Գեյմը և Կոնստանտին Նովոսելովը 2010 թվականին արժանացան ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի[9][10]։ 2013 թվականին Միքայել Կացնելսոնը պարգևատրվում է Սպինոզայի մրցանակով հիմնական հասկացությունների մշակման համար, որոնցով առաջնորդվում է գիտությունը գրաֆենի ոլորտում[11]։

Ներածություն խմբագրել

Գրաֆեն տերմինը ծագել է 1987 թվականին գրաֆիտի առանձին շերտերը նկարագրելու համար՝ որպես գրաֆիտի ինտերկալացիոն միացությունների բաղադրիչ[12]։ Քիմիական և ֆիզիկական հատկությունների բազմազանությունը պայմանավորված է բյուրեղային կառուցվածքով և ածխածնի ատոմների π-էլեկտրոններով։ Նյութի ծավալուն ուսումնասիրությունը համալսարաններում և հետազոտական լաբորատորիաներում առաջին հերթին կապված է մատչելիության և հեշտ պատրաստման հետ, օգտագործելով գրաֆիտի բյուրեղների մեխանիկական հերձումը։ Նյութի յուրահատուկ հատկություններն են. բարձր հաղորդականություն և ջերմահաղորդականություն, ամրություն։ Հետաքրքրված են ոչ միայն գիտնականները, այլև տեխնոլոգները, IBM պրոցեսորների արտադրության կորպորացիա-ի հետ կապված[13]՝ Samsung-ը[14]։ Գրաֆենի տրանզիստորի աշխատանքի սկզբունքը էականորեն տարբերվում է ավանդական սիլիցիումային դաշտային տրանզիստորի աշխատանքի սկզբունքից, քանի որ գրաֆենը ունի արգելված գոտու զրոյական լայնություն,հոսանքը գրաֆենի կանալով հոսում է փականի ցանկացած լարվածության դեպքում, հետևաբար զարգանում են տրանզիստորների ստեղծման տարբեր մոտեցումներ։ Գրաֆենին նվիրված հրապարակումների թիվը տարեցտարի աճում է, գերազանցելով 10000-ը 2012 թվականին[15]։ Չնայած այն հանգամանքին, որ հոդվածների մեկ երրորդը (ընդհանուր քանակի մեջ 34% են կազմում ) հրապարակվում են Եվրոպայի գիտական հաստատությունների և ընկերությունների կողմից, հիմնական արտոնագրերի կրողները (մոտավորապես 14,000 արտոնագրեր 2014 թվականի հուլիսին) հանդես են գալիս Չինաստանի(40%), ԱՄՆ-ի(23%) և Հարավային Կորեայի (21%) համալսարանները և ընկերությունները, իսկ Եվրոպայի բաժինը կազմում է 9%[16]։

Քիմիա խմբագրել

Գրաֆենը համարվում է ածխածնի(կամ պինդ նյութի) միակ ձևը, որի ամեն մի ատոմ քիմիական ռեակցիայի համար հասանելի է երկու կողմերին ։ Գրաֆենի շերտի եզրերում ատոմները ունեն հատուկ քիմիական ակտիվություն։ Շերտի թերությունները մեծացնում են քիմիական ակտիվությունը[17]։ Ջերմաստիճանը սկսում է ռեակցիան միաշերտ գրաֆենի հիմնական հարթության և թթվածնային գազի հետ 260 °C (530Կ)-ից ցածր[18]։ Գրաֆենը այրվում է շատ ցածր ջերմաստիճանում(օրինակ, 350 °C(620Կ))[19]։ Սթենֆորդի համալսարանի քիմիկոսները 2013 թվականին հաղորդեցին, որ միաշերտ գրաֆենում քիմիական ակտիվությունը 100 անգամ ավելի շատ է, քան հաստ շերտում[20]։

Փորձ խմբագրել

Հոսանքակիր գրաֆենում շարժունակությունը այնքան բարձր է, որ ամենասկզբից հետազոտվել է նյութի էֆեկտների առկայությունը դիտարկվող երկչափ էլեկտրոնային գազում և, եթե այդպիսի էֆեկտներ, ինչպիսիք են բալիստիկ տեղափոխումն ու Հոլի քվանտային էֆեկտը սենյակային ջերմաստիճանում հայտնաբերվում են, ուրեմն քվանտային դիմադրությունը միաչափ ալիքներում չի նկատվում արգելված գոտու բացակայության պատճառով։

Հետազոտությունների ֆինանսավորում խմբագրել

Գիտության ֆինանսավորման վերջին ծրագիրը՝ Հորիզոն 2020-ը ընդունվել է 2014 թվականից մինչև 2020 թվականը ընկած ժամանակահատվածի համար, որով հատուկ ուշադրության է դարձվում ապագայի և զարգացող տեխնոլոգիաների վրա։ Երկու առաջնային նախագծերից մեկը՝ «Գրաֆենը» ստացել է երկու միլիարդ եվրոյի ֆինանսավորում։ Կոնսորցիումը համախմբում է 23 երկրների (հիմնականում Եվրոպայից) և 142 գիտահետազոտական խմբեի ու արդյունաբերական գործընկերների[21]։ Մանչեսթր քաղաքում 2015 թվականին ավարտվեց Գրաֆենի Ազգային Ինստիտուտի շինարարությունը, որը ֆինանսավորել են Եվրոպական տարածաշրջանային զարգացման հիմնադրամը և Մեծ Բրիտանիայի թագավորությունը։

Երկշերտ գրաֆեն խմբագրել

Երկշերտ գրաֆեն - սա մեկ այլ երկծավալ ալոտրոպիկ ածխածնային փոփոխություն է, գրաֆենի երկու շերտերից բաղկացած։ Եթե երկրորդ շերտի B-ենթացանցը գտնվում է առաջին շերտի A ենթացանցի տակ, ուրեմն շերտերը գտնվում են մոտ 0,335 նմ հեռավորության վրա, ինչի շնորհիվ էլեկտրոնները մի շերտից մյուսը կարող են թունելային անցում կատարել։ Երկշերտ գրաֆենի թունելային կառուցվածքը առաջին անգամ հայտանգործել են Մանչեսթրի լաբորատորիայում[22]։

Ծանոթագրություններ խմբագրել

  1. ↑ 1,0 1,1 Novoselov et. al., 2004
  2. ↑ Katsnelson, 2012, էջ 6
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 Katsnelson, 2012, էջ 10—14
  4. ↑ Chen Zh. et. al. Graphene Nano-Ribbon Electronics Physica E 40, 228 (2007) doi:10.1016/j.physe.2007.06.020
  5. ↑ «Graphene properties». www.graphene-battery.net. 2014 թ․ մայիսի 29. Վերցված է 2014 թ․ մայիսի 29-ին.
  6. ↑ Li, Zhilin; Chen, Lianlian; Meng, Sheng; Guo, Liwei; Huang, Jiao; Liu, Yu; Wang, Wenjun; Chen, Xiaolong (2015). «Field and temperature dependence of intrinsic diamagnetism in graphene: Theory and experiment». Phys. Rev. B. 91 (9): 094429. doi:10.1103/PhysRevB.91.094429.
  7. ↑ E., Shinn; A., Hubler; D., Lyon; M., Grosse-Perdekamp; A., Bezryadin; A., Belkin (2012 թ․ հոկտեմբերի 22). «Nuclear Energy Conversion with Stacks of Graphene Nano-capacitors». Complexity. doi:10.1002/cplx.21427.
  8. ↑ Hass J. et. al. Highly ordered graphene for two dimensional electronics Applied Physics Letters 89, 143106 (2006) doi:10.1063/1.2358299
  9. ↑ «Стали известны имена лауреатов Нобелевской премии по физике». Արխիվացված է օրիգինալից 2010 թ․ հոկտեմբերի 8-ին. Վերցված է 2016 թ․ դեկտեմբերի 12-ին.
  10. ↑ «The Nobel Prize in Physics 2010» (անգլերեն). NobelPrize.org. Արխիվացված օրիգինալից 2012 թ․ հունվարի 23-ին. Վերցված է 2011 թ․ հունվարի 8-ին.
  11. ↑ Премию Спинозы вручили за графен
  12. ↑ Mouras, S.; և այլք: (1987). «Synthesis of first stage graphite intercalation compounds with fluorides». Revue de Chimie Minérale. 24: 572.
  13. ↑ Lin Y., Valdes-Garcia A., Han S., Farmer D. B., Meric I., Sun Y., Wu Y., Dimitrakopoulos C., Grill A., Avouris P., Jenkins K. A. Wafer-Scale Graphene Integrated Circuit(անգլ.) // Science. — 2011. — С. 1294—1297. — doi:10.1126/science.1204428
  14. ↑ Yang H., Heo J., Park S., Song H. J., Seo D. H., Byun K., Kim P., Yoo I., Chung H., Kim K. Graphene Barristor, a Triode Device with a Gate-Controlled Schottky Barrier(անգլ.) // Science. — 2012. — С. 1140—1143. — doi:10.1126/science.1220527
  15. ↑ Ferrari_Nanoscale, 2015, էջ 4613
  16. ↑ Ferrari_Nanoscale, 2015, էջ 4614
  17. ↑ Denis, P. A.; Iribarne, F. (2013). «Comparative Study of Defect Reactivity in Graphene». Journal of Physical Chemistry C. 117 (37): 19048–19055. doi:10.1021/jp4061945.
  18. ↑ Yamada, Y.; Murota, K; Fujita, R; Kim, J; և այլք: (2014). «Subnanometer vacancy defects introduced on graphene by oxygen gas». Journal of the American Chemical Society. 136 (6): 2232–2235. doi:10.1021/ja4117268.
  19. ↑ Eftekhari, A.; Jafarkhani, P. (2013). «Curly Graphene with Specious Interlayers Displaying Superior Capacity for Hydrogen Storage». Journal of Physical Chemistry C. 117 (48): 25845–25851. doi:10.1021/jp410044v.
  20. ↑ «Thinnest graphene sheets react strongly with hydrogen atoms; thicker sheets are relatively unaffected». Phys.org. 2013 թ․ փետրվարի 1.
  21. ↑ «Graphene Flagship». Graphene Flagship. Վերցված է 2015 թ․ հոկտեմբերի 31-ին.
  22. ↑ Novoselov K. S., McCann E., Morozov S. V., Fal'ko V. I., Katsnelson M. I., Zeitler U., Jiang D., Schedin F., Geim A. K. Unconventional quantum Hall effect and Berry's phase of 2in bilayer graphene(անգլ.) // Nature Physics. — 2006. — Т. 2. — С. 177—180. — doi:10.1038/nphys245 — cond-mat/0602565
Ստացված է «https://hy.wikipedia.org/w/index.php?title=Գրաֆեն&oldid=9399910» էջից