Գրաֆեն

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Գրաֆեն
Graphen.jpg
Graphene filters.jpg
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 | խմբագրել կոդը]

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[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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

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 | խմբագրել կոդը]

  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։ 29 May 2014։ Վերցված է 29 May 2014 
  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 (22 October 2012)։ «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
  10. «The Nobel Prize in Physics 2010» (անգլերեն)։ NobelPrize.org։ Արխիվացված օրիգինալից-ից 2012-01-24-ին։ Վերցված է 2011-01-08 
  11. Премию Спинозы вручили за графен
  12. Mouras S. (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 (en) // 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 (en) // 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 (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։ 1 February 2013 
  21. «Graphene Flagship»։ Graphene Flagship։ Վերցված է 31 October 2015 
  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 (en) // Nature Physics. — 2006. — Т. 2. — С. 177—180. — doi:10.1038/nphys245 — cond-mat/0602565