Titul(y): Z?skanie penov?ho grafitu a graf?nu

Katal?gov? ??slo: 7

Hlavn? predmet (?kola): ch?mia

Oblas? vedomost? (vysok? ?kola): interstici?lne zl??eniny v grafite, nanoelektronika

V?znam: Nobelova cena bola udelen? v roku 2010 za objav graf?nu. D?vno predt?m bola dostato?ne podrobne ?tudovan? jedine?n? trieda zl??en?n, r?zne interstici?lne zl??eniny v grafite, ktor? sa pou??vaj? najm? na z?skanie penov?ho grafitu a akt?vnych materi?lov spoma?uj?cich horenie. Realiz?cia projektov?ch pr?c na z?skanie a ?t?dium vlastnost? tak?chto materi?lov m??e v?razne roz??ri? obzory ?tudenta, av?ak z h?adiska bezpe?nosti mus? by? realizovan? v ?zkej spolupr?ci s t?tormi.

Novinka: synt?za a ?t?dium spr?vania interkala?n?ch zl??en?n na b?ze grafitu

??el: z?skanie interkala?n?ch zl??en?n s neobvykl?mi chemick?mi a elektrofyzik?lnymi vlastnos?ami

1. ?t?dium literat?ry o ?trukt?re a vlastnostiach grafitu, interstici?lnych zl??enin?ch v grafite (GIC), synt?ze a vlastnostiach oxidu graf?nu a graf?nu, ich praktick? vyu?itie

2. v?ber met?d na z?skanie SVG kyselinou dusi?nou, z?skanie penov?ho grafitu pri tepelnom spracovan? SVG

3. v?ber met?d na z?skanie oxidu graf?nu

4. ?istenie suspenzie oxidu graf?nu

5. Z?skavanie graf?nu chemickou redukciou oxidu graf?nu alebo pri jeho tepelnom spracovan?

6. nanesenie graf?nov?ch pl?tov na prieh?adn? polym?rny materi?l na z?skanie pru?n?ho prieh?adn?ho vodi?a

7. ?t?dium elektrickej a tepelnej vodivosti grafitu a penov?ho grafitu

Experiment?lne pr?stupy: pr?prava interstici?lnych zl??en?n v grafite interakciou s koncentrovan?mi kyselinami, chemick? delamin?cia grafitu

Metodick? pr?stupy: obozn?menie sa s ch?miou nestechiometrick?ch zl??en?n, interkala?n?ch zl??en?n, anizotropie kry?t?lovej mrie?ky, te?rie chemickej v?zby v uhl?kov?ch nanomateri?loch

Po?adovan? vlastn? ?inidl? a zdroje: koncentrovan? kyseliny, ?ist? grafit, borohydrid sodn?, tepeln? zariadenia

Zvl?dnutie teoretick?ho materi?lu ?tudentom:?trukt?ra a vlastnosti uhl?kov?ch nanomateri?lov a perspekt?vy ich praktick?ho vyu?itia, chemick? v?zba v polyaromatick?ch zl??enin?ch, te?ria hybridiz?cie, kovalentn?, kovov?, van der Waalsove sily

?tudentsk? zru?nosti: pr?ca s koncentrovan?mi kyselinami (po podrobnej in?trukt??i, v ochrane poko?ky a o??, pod doh?adom u?ite?a alebo t?tora), pr?ca s tepeln?m zariaden?m,

Predch?dzaj?ci materi?l o ?kolsk?ch osnov?ch: ch?mia uhl?ka, aromatick? zl??eniny, alotropia uhl?ka

?loha u?ite?a: celkov? riadenie projektu, priama ??as? na v?etk?ch experimentoch, podrobn? in?trukt?? a kontrola dodr?iavania bezpe?nostn?ch predpisov

Mo?n? pomoc lektorov: poskytovanie reagenci?, dodato?n? literat?ra, poradensk? pomoc

Bezpe?nostn? opatrenia: je potrebn? pr?ca so ?ieravinami a koncentrovan?mi kyselinami, v?etko len pod prievanom, v pl??ti, rukaviciach a okuliaroch, len v pr?tomnosti u?ite?a alebo t?tora

Pozn?mky: v pr?pade z?skania graf?nu ich mo?no ?alej sk?ma? pomocou mikroskopie at?movej sily a Ramanovej spektroskopie (v spolupr?ci s univerzitou).

Idealizovan? ?trukt?ra oxidu graf?nu

?al?ie pr?ce klastra "Katal?g t?m dizajn?rskej pr?ce" (hypertextov? navig?tor):

Modern? priemyseln? procesy vyu??vaj? siln? kyseliny, z?sady a dokonca aj plazmu, no pod?a novej met?dy americk?ch vedcov je potrebn? len acetyl?nov? f?a?a, kysl?kov? f?a?a a iskra.

Z?ava doprava: Justin Wright, Chris Sorensen, Arjun Nepal

Graf?n – vrstva uhl?ka s hr?bkou jedn?ho at?mu – sa zrazu stal jedn?m z naj?iadanej??ch materi?lov vo svete ?pi?kov?ch technol?gi?. Mnoh? ho vn?maj? ako v?eliek na rie?enie probl?mov medic?ny a elektroniky. Ver? sa, ?e s graf?nom z?skaj? bat?rie vy??iu kapacitu, neur?nov? rozhrania sa stan? realitou a lek?ri sa nau?ia vyr?ba? unik?tne prot?zy.

Teraz je v?roba graf?nu v priemyselnom meradle energeticky ve?mi n?ro?n?, zlo?it? a n?kladn? proces. Ide bu? o odlupovanie vrstiev, ktor? sa rob? ru?ne v laborat?ri?ch a nem??e sa sta? priemyseln?m rie?en?m. Alebo pou?itie ch?mie, katalyz?torov a ohrev a? na 1000 stup?ov Celzia, ktor? je energeticky n?ro?n?.

Naj?astej?ie sa z?skava z pr?rodn?ho materi?lu – pyrolytick?ho grafitu, ktor? sa redukuje na ?ist? uhl?k a n?sledne mechanicky a chemicky zabezpe??, aby jednotliv? ?astice graf?nu neboli hrub?ie ako nieko?ko vrstiev. Vo v?robnom procese sa pou??vaj? siln? kyseliny, z?sady, vznikaj? ve?mi vysok? teploty a tlaky. Preto je d?le?it? vznik lacn?ho sp?sobu z?skavania tohto materi?lu.

Vedci z Kansas State University ozn?mili objav lacn?ho sp?sobu hromadnej v?roby graf?nu. Na to je potrebn?ch len nieko?ko dostupn?ch komponentov: uh?ovod?kov? plyn, kysl?k, zapa?ovacia svie?ka a spa?ovacia komora.

Na z?skanie graf?nu sta?? naplni? spa?ovaciu komoru acetyl?nom alebo plynn?m etyl?nom a kysl?kom a n?sledne pomocou zapa?ovacej svie?ky v automobile sp?sobi? v?buch zmesi plynov. V tomto pr?pade sa vytvor? graf?n, ktor? sa bude zbiera? iba zo stien spa?ovacej komory. Proces z?skavania graf?nu teda spo??va vo v?buchu materi?lov s vysok?m obsahom uhl?ka.

T?to met?du objavili vedci celkom n?hodou. V?skumn?ci vyv?jali met?du na v?robu uhl?kat?ho aeros?lov?ho g?lu. Na tento ??el pou?ili vy??ie uveden? postup. Po deton?cii sa vytvorili sadze, ktor? sa po pre?tudovan? uk?zali ako graf?n. Vedci tvrdia, ?e tento materi?l nepl?novali z?ska?, mali len ??astie.

Nov? sp?sob v?roby graf?nu m? oproti v s??asnosti pou??van?m met?dam mno?stvo v?hod. Nevy?aduje pou?itie ?kodliv?ch chemik?li? a ve?a energie. Umo??uje tie? vyr?ba? graf?n vo ve?k?ch mno?stv?ch a jednoducho ?k?lova? v?robu. Napokon, t?to met?da je z ekonomick?ho h?adiska v?hodnej?ia.

Graf?n je dvojrozmern? alotropick? modifik?cia uhl?ka, v ktorej s? v?etky at?my polo?en? v rovine v radoch pravideln?ch ?es?uholn?kov.

Prv?kr?t z?skan? v roku 2004 sa graf?n uk?zal ako mimoriadne u?ito?n? materi?l pre elektroniku a energetiku. Je ve?mi pevn?, ve?mi tepelne vodiv? a niektor? jeho vlastnosti s? vo v?eobecnosti jedine?n?: napr?klad graf?n je materi?l s najvy??ou pohyblivos?ou elektr?nov zo v?etk?ch zn?mych vede. Pr?ve t?to vlastnos? ho rob? nepostr?date?n?m v elektronike, katalyz?toroch, bat?ri?ch a kompozitn?ch materi?loch.

Prihl?ste sa na odber Qibble na Viber a Telegram, aby ste mali preh?ad o najzauj?mavej??ch udalostiach.

A? do minul?ho roka bol jedin? sp?sob v?roby graf?nu, ktor? veda poznala, nanies? najten?iu vrstvu grafitu na lepiacu p?sku a potom odstr?ni? z?klad?u. T?to technika sa naz?va "technika lepiacej p?sky". Ned?vno v?ak vedci zistili, ?e existuje efekt?vnej?? sp?sob z?skania nov?ho materi?lu: ako z?klad za?ali pou??va? vrstvu medi, niklu alebo krem?ka, ktor? sa n?sledne odstr?nia leptan?m (obr. 2). Tak?mto sp?sobom vytvoril t?m vedcov z K?rey, Japonska a Singapuru obd??nikov? pl?ty graf?nu ?irok? 76 centimetrov. Vedci nielen?e vytvorili ak?si rekord vo ve?kosti k?ska jednovrstvovej ?trukt?ry uhl?kov?ch at?mov, ale vytvorili aj citliv? obrazovky zalo?en? na pru?n?ch pl?toch.

Obr?zok 2: Z?skanie graf?nu leptan?m

Graf?nov? „vlo?ky“ fyzici prv?kr?t z?skali a? v roku 2004, kedy bola ich ve?kos? len 10 mikrometrov. Pred rokom t?m Rodneyho Ruoffa z Texaskej univerzity v Austine ozn?mil, ?e sa im podarilo vytvori? centimetrov? „odrezky“ graf?nu.

Ruoff a kolegovia ulo?ili at?my uhl?ka na meden? f?liu pomocou chemick?ho nan??ania p?r (CVD). V?skumn?ci v laborat?riu profesora Bunya Hee Honga z univerzity Sungkyunkhwan za?li ?alej a zv???ili listy na ve?kos? plnohodnotnej obrazovky. Nov? technol?gia „roll“ (spracovanie roll-to-roll) umo??uje z?ska? dlh? stuhu z graf?nu (obr. 3).

Obr?zok 3: Obraz navrstven?ch vrstiev graf?nu z?skan? pou?it?m transmisnej elektr?novej mikroskopie s vysok?m rozl??en?m.

Vrstva adhez?vneho polym?ru bola umiestnen? na vrchn? ?as? graf?nov?ch fyzik?lnych vrstiev, meden? substr?ty boli rozpusten?, potom bol polym?rny film oddelen? - z?skala sa jedna vrstva graf?nu. Aby mali dosky v???iu pevnos?, vedci rovnak?m sp?sobom „vyr?stli“ ?al?ie tri vrstvy graf?nu. Na konci bol v?sledn? „sendvi?“ o?etren? kyselinou dusi?nou, aby sa zlep?ila vodivos?. ?plne nov? graf?nov? list sa polo?? na polyesterov? substr?t a vedie medzi vyhrievan?mi valcami (obr. 4).

Obr?zok 4: Technol?gia rolovania na z?skanie graf?nu

V?sledn? ?trukt?ra prep???ala 90 % svetla a mala ni??? elektrick? odpor ako ?tandardn?, ale st?le ve?mi drah? prieh?adn? vodi?, oxid indium c?nu (ITO). Mimochodom, pomocou listov graf?nu ako z?kladu dotykov?ch displejov vedci zistili, ?e ich ?trukt?ra je tie? menej krehk?.

Je pravda, ?e napriek v?etk?m ?spechom je komercializ?cia technol?gi? st?le ve?mi ?aleko. Transparentn? uhl?kov? nanor?rkov? f?lie sa sna?ia nahradi? ITO u? nejak? ?as, no zd? sa, ?e v?robcovia nevedia ob?s? probl?m „m?tvych pixelov“, ktor? sa objavuj? na defektoch filmu.

Vyu?itie graf?nov v elektrotechnike a elektronike

Jas pixelov na ploch?ch obrazovk?ch je ur?en? nap?t?m medzi dvoma elektr?dami, z ktor?ch jedna smeruje k div?kovi (obr. 5). Tieto elektr?dy musia by? prieh?adn?. V s??asnosti sa na v?robu prieh?adn?ch elektr?d pou??va oxid india dopovan? c?nom (ITO), ale ITO je drah? a nie najstabilnej?? materi?l. Okrem toho svet ?oskoro vy?erp? svoje z?soby india. Graf?n je transparentnej?? a stabilnej?? ako ITO a graf?nov? elektr?da LCD u? bola demon?trovan?.

Obr?zok 5: Jas graf?nov?ch obrazoviek ako funkcia pou?it?ho nap?tia

Materi?l m? ve?k? potenci?l aj v in?ch oblastiach elektroniky. V apr?li 2008 vedci z Manchestru demon?trovali najmen?? graf?nov? tranzistor na svete. Dokonale spr?vna vrstva graf?nu kontroluje odpor materi?lu a men? ho na dielektrikum. Je mo?n? vytvori? mikroskopick? v?konov? sp?na? pre vysokor?chlostn? nano-tranzistor na riadenie pohybu jednotliv?ch elektr?nov. ??m s? tranzistory v mikroprocesoroch men?ie, t?m s? r?chlej?ie a vedci d?faj?, ?e graf?nov? tranzistory v po??ta?och bud?cnosti bud? ma? ve?kos? molekuly, ke??e modern? technol?gia krem?kov?ch mikrotranzistorov u? takmer dosiahla svoj limit.

Graf?n nie je len v?born?m vodi?om elektriny. M? najvy??iu tepeln? vodivos?: at?mov? vibr?cie sa ?ahko ??ria cez uhl?kov? sie? bunkovej ?trukt?ry. Rozptyl tepla v elektronike je v??ny probl?m, preto?e existuj? limity pre vysok? teploty, ktor?m elektronika vydr??. Vedci z University of Illinois v?ak zistili, ?e tranzistory na b?ze graf?nu maj? zauj?mav? vlastnos?. Prejavuj? termoelektrick? efekt, ?o vedie k zn??eniu teploty zariadenia. To by mohlo znamena?, ?e elektronika na b?ze graf?nu urob? z chladi?ov a ventil?torov minulos?. Atraktivita graf?nu ako perspekt?vneho materi?lu pre mikroobvody bud?cnosti tak ?alej st?pa (obr. 6).

Obr?zok 6: Sonda mikroskopu at?movej sily sn?maj?ca povrch kontaktu graf?n-kov na meranie teploty.

Pre vedcov nebolo ?ahk? zmera? tepeln? vodivos? graf?nu. Vyna?li ?plne nov? sp?sob merania teploty umiestnen?m 3-mikr?nov?ho graf?nov?ho filmu na presne ten ist? mal? otvor v kry?t?li oxidu kremi?it?ho. Film sa potom zahrieval laserov?m l??om, ?o sp?sobilo jeho vibr?cie. Tieto vibr?cie pomohli vypo??ta? teplotu a tepeln? vodivos?.

Vynaliezavos? vedcov nepozn? hran?c, pokia? ide o vyu?itie fenomen?lnych vlastnost? novej l?tky. V auguste 2007 vznikol najcitlivej?? zo v?etk?ch mo?n?ch senzorov, ktor? s? na ?om zalo?en?. Je schopn? reagova? na jednu molekulu plynu, ?o pom??e v?as odhali? pr?tomnos? tox?nov alebo v?bu?n?n. Mimozemsk? molekuly pokojne zostupuj? do graf?novej siete, vyra?uj? z nej elektr?ny alebo ich prid?vaj?. V d?sledku toho sa men? elektrick? odpor graf?novej vrstvy, ktor? vedci meraj?. Aj tie najmen?ie molekuly s? zachyten? silnou graf?novou sie?kou. V septembri 2008 vedci z Cornell University v Spojen?ch ?t?toch uk?zali, ako sa graf?nov? membr?na, podobne ako najten?? bal?n, naf?kne v d?sledku tlakov?ho rozdielu nieko?k?ch atmosf?r na oboch stran?ch. T?to vlastnos? graf?nu m??e by? u?ito?n? pri ur?ovan? priebehu r?znych chemick?ch reakci? a vo v?eobecnosti pri ?t?diu spr?vania at?mov a molek?l.

Z?skanie ve?k?ch pl?tov ?ist?ho graf?nu je st?le ve?mi ?a?k?, ale ?loha sa m??e zjednodu?i?, ak sa uhl?kov? vrstva zmie?a s in?mi prvkami. Na Northwestern University v USA bol grafit oxidovan? a rozpusten? vo vode. V?sledkom bol materi?l podobn? papieru – papier z oxidu graf?nu (obr. 7). Je to ve?mi ?a?k? a celkom jednoduch? na pr?pravu. Oxid graf?nu je vhodn? ako odoln? membr?na v bat?ri?ch a palivov?ch ?l?nkoch.

Obr?zok 7: Papier z oxidu graf?nu

Graf?nov? membr?na je ide?lnym substr?tom pre predmety ?t?dia pod elektr?nov?m mikroskopom. Bezchybn? bunky sa v obrazoch sp?jaj? do jednotn?ho ?ed?ho pozadia, na ktorom zrete?ne vystupuj? ostatn? at?my. Doteraz bolo takmer nemo?n? rozl??i? naj?ah?ie at?my v elektr?novom mikroskope, no s graf?nom ako substr?tom je mo?n? vidie? aj mal? at?my vod?ka.

Mo?nosti vyu?itia graf?nu s? nekone?n?. Ned?vno fyzici z Northwestern University v USA pri?li na to, ?e graf?n sa d? zmie?a? s plastom. V?sledkom je tenk?, super pevn? materi?l, ktor? odol? vysok?m teplot?m a je nepriepustn? pre plyny a kvapaliny.

Rozsahom jeho pou?itia je v?roba ?ahk?ch ?erpac?ch stan?c, n?hradn?ch dielov pre automobily a lietadl?, odoln?ch lopatiek vetern?ch turb?n. Plast sa m??e pou?i? na balenie potravin?rskych v?robkov, ktor? ich udr?ia ?erstv? po dlh? dobu.

Graf?n je nielen najten??, ale aj najodolnej?? materi?l na svete. Vedci z Kolumbijskej univerzity v New Yorku to overili umiestnen?m graf?nu na drobn? dierky v krem?kovom kry?t?li. Potom sa stla?en?m najten?ej diamantovej ihly pok?sili zni?i? vrstvu graf?nu a zmerali tlakov? silu (obr. 8). Uk?zalo sa, ?e graf?n je 200-kr?t pevnej?? ako oce?. Ak si predstav?te graf?nov? vrstvu hrub? ako potravinov? f?lia, odolala by tlaku hrotu ceruzky, na opa?nom konci by balansoval slon alebo auto.

Obr?zok 8: Tlak na ihlu graf?nov?ho diamantu

Majitelia patentu RU 2572325:

Vyn?lez je mo?n? vyu?i? na z?skanie materi?lov a prvkov nanoelektroniky, nanofotoniky, plynov?ch senzorov a laserov?ch syst?mov s ultrakr?tkymi pulzmi ?iarenia. Graf?n sa z?skava exfoli?ciou grafitu v tekutom dus?ku. Povrch grafitov?ho ter?a je o?etren? l??om pulzn?ho laserov?ho ?iarenia s trvan?m impulzu cca 10 -13 s, ktor? sa pohybuje po povrchu ter?a r?chlos?ou, ktor? poskytuje 75% pokrytie ?kv?n laserov?ch impulzov. Met?da umo??uje z?ska? graf?nov? ?trukt?ry r?znych tvarov a ve?kost?, zais?uj?ce vysok? produktivitu a ekologickos? v?robn?ho procesu. 2 chor?.

Vyn?lez sa t?ka v?roby uhl?kov?ch nano?trukt?r a mo?no ho pou?i? na z?skanie graf?nu na pou?itie ako z?klad pre materi?ly a prvky nanoelektroniky, nanofotoniky, plynov?ch senzorov a laserov?ch syst?mov s ultrakr?tkymi pulzmi ?iarenia.

V?etky v s??asnosti zn?me sp?soby z?skavania graf?nu mo?no rozdeli? do dvoch skup?n: synt?za a separ?cia. Do prvej skupiny patria tak? met?dy ako synt?za graf?nu chemick?m naparovan?m, v?roba graf?nu v elektrickom obl?ku, tepeln? rozklad karbidu krem?ka, epitaxn? rast na kovovom povrchu at?. Umo??uj? vytv?ra? kvalitn? graf?n, s? v?ak pomerne ?asovo a finan?ne n?ro?n?, ke??e vy?aduj? pou?itie zlo?it?ho ?pecifick?ho zariadenia a splnenie pr?snych technologick?ch podmienok. Z?skanie vo?n?ho graf?nu si z?rove? vy?aduje ?peci?lne separa?n? a purifika?n? postupy. Druh? skupina kombinuje tak? met?dy ako mikromechanick? separ?cia grafitu, separ?cia grafitu v kvapalnej f?ze, oxid?cia grafitu at?. S? ?ah?ie implementovate?n?, ale maj? zna?n? nev?hody. Ide v prvom rade o mal? zlomok produkcie graf?nu po?adovanej kvality a nutnosti jeho ?istenia od sprievodn?ho materi?lu a pou?it?ch technologick?ch m?di? (Eletsky A.V., Iskandarova I.M., Knizhnik A.A. et al. Graphene: production methods a termofyzik?lne vlastnosti Uspekhi fizicheskikh nauk, 2011, zv?zok 181, ?. 3, s. 233-250).

Zn?my sp?sob vytv?rania graf?nu exfoli?ciou grafitu (pozri patent US 20130102084 A1, IPC C01B 31/04, H01L 51/00, H01L 51/42, publikovan?: 25.04.2013), ktor? kombinuje mno?stvo mo?nost? zah??aj?cich zavedenie do priestoru medzi at?mov?mi vrstvami grafitov? vzorka roztokov sol? kovov (Li, Al, Fe, Cu) v organick?ch rozp???adl?ch (propyl?nkarbon?t, N,N-dimetylformamid, dimetylsulfoxid). I?ny a molekuly organick?ho rozp???adla roz?iruj? priestor medzi at?mov?mi vrstvami, ?o umo??uje ich oddelenie vplyvom vonkaj?ej hnacej sily, ktor? m??e by? elektrochemickej, tepelnej, mikrovlnnej, solvotermickej, akustickochemickej alebo akustickej povahy.

Nev?hodou tejto met?dy je n?zka produktivita v d?sledku dlh?ho trvania et?p jej implement?cie (expanzia grafitu, spracovanie vonkaj?ou hnacou silou, ?istenie z?skan?ho graf?nu). Okrem toho nie je mo?n? dosiahnu? ?pln? ?istenie graf?nu od organick?ch rozp???adiel.

Existuje aj sp?sob v?roby graf?nu pomocou elektromagnetick?ho ?iarenia (pozri US patent 20130056346 Al, IPC C01B 31/02, B01J 19/12, B82Y 40/00, zverejnen?: 03/07/2013). T?to met?da zah??a premenu oxidu grafitu na graf?n, ke? sa zahrieva p?soben?m koncentrovan?ho elektromagnetick?ho ?iarenia (vr?tane laserov?ho ?iarenia).

Nev?hodou tejto met?dy je, ?e v?chodiskov?m materi?lom na z?skanie graf?nu je ?peci?lne pripraven? mikrodispergovan? pr??ok oxidu grafitu, ktor?ho v?roba je spojen? so zlo?it?mi chemicko-mechanick?mi procesmi a pou??van?m ekologicky nebezpe?n?ch ?inidiel.

Je zn?my sp?sob v?roby uhl?kov?ch nano?trukt?r v kryog?nnych kvapalin?ch (pozri Mortazavi S.Z., P. Parvin, Reyhani A. Fabrication of graphene based on Q-switched Nd:YAG laser ablation of grafit target in liquid dus?ka. Laser Physics Review Letters, 2012, Vol. 9, No. 7, S. 547-552 (prototyp)), v ktorej sa graf?n z?skava laserovou abl?ciou grafitov?ho ter?a umiestnen?ho v tekutom dus?ku pomocou pulznej Q-switched nanosekundy Nd:YAG laser.

Medzi nev?hody tejto met?dy patr? skuto?nos?, ?e v?roba graf?nu si vy?aduje dlh? ?as (20 min?t) a cie?ov? povrch je o?etren? stacion?rnym laserov?m l??om, ktor? obmedzuje oblas? synt?zy na hranice bodu zaostrenia ?iarenia. Kombin?cia t?chto nedostatkov zni?uje v?konnos? uva?ovanej met?dy.

Technick?m v?sledkom vyn?lezu je zv??enie produktivity procesu v?roby graf?nu v jednom spracovate?skom cykle bez pou?itia chemik?li?, ktor? si vy?aduj? dodato?n? ?istenie v?sledn?ho materi?lu.

Technick? v?sledok je dosiahnut? t?m, ?e pri sp?sobe v?roby graf?nu sa proces uskuto??uje v tekutom dus?ku pomocou pulzn?ho laserov?ho ?iarenia a povrch grafitu je o?etren? l??om laserov?ho ?iarenia s trvan?m impulzu r?dovo 10 - 13 s, pohybuje sa nad cie?ov?m povrchom r?chlos?ou, ktor? poskytuje 75% prekrytie bodu vystavenie laserov?m impulzom.

Na obr. 1 ukazuje obr?zok graf?nov?ch ?trukt?r z?skan?ch pou?it?m vyn?lezu laserovou delamin?ciou vysoko orientovan?ho pyrolytick?ho grafitu (HOPG). Na obr. 2 ukazuje obr?zok graf?nov?ch ?trukt?r z?skan?ch pou?it?m vyn?lezu pri laserovej delamin?cii sklovit?ho uhl?ka. Obr?zky boli z?skan? pomocou 3D rastrovacieho elektr?nov?ho mikroskopu Quanta 200.

Met?da je realizovan? pomocou TETA-10 ytterbiov?ho femtosekundov?ho lasera. Tento laser poskytuje spracovanie materi?lov ?iaren?m s vlnovou d??kou 1029 nm, trvan?m impulzu 300 fs a energiou na jeden impulz 150 mJ. Opakovacia frekvencia laserov?ch impulzov je 10 kHz. Grafitov? povrch je upraven? v tekutom dus?ku, ktor? ho pokr?va vrstvou o hr?bke cca 1 cm Priemer bodu laserov?ho ?iarenia na povrchu grafitu je 100 mm.

Pri testovan? met?dy boli ako v?chodiskov? materi?l (cie?ov? materi?l) na z?skanie graf?nu pou?it? nasleduj?ce modifik?cie grafitu: vysoko orientovan? pyrolytick? grafit VOPG-1.7-10x10x1-1 a sklovit? uhl?k SU-2000.

Povrchov? ?prava v?chodiskov?ho materi?lu sa vykon?va v re?ime skenovania. R?chlos? laserov?ho l??a na cie?ovom povrchu je 0,25 m/s. Pri tejto r?chlosti skenovania je zabezpe?en? 75% pokrytie bodov laserov?mi impulzmi, ?o zodpoved? spracovaniu ka?d?ho povrchov?ho prvku v r?mci laserovej stopy ?tyrmi impulzmi ?iarenia (okrem po?iato?n?ho a kone?n?ho ?t?dia laserovej stopy). Pri ni??om stupni n?razu nedoch?dza k odlupovaniu graf?nu a pri vy??om stupni za??na siln? de?trukcia cie?ov?ho povrchu a z?rove? aj odlupovan?ho uhl?kov?ho materi?lu. Mno?stvo z?skan?ho graf?nov?ho materi?lu sa zvy?uje ?merne k ploche povrchu grafitov?ho ter?a vystaven?ho laserov?mu spracovaniu. Zv???enie o?etrovanej plochy zabezpe?uje viacpriechodov? o?arovanie grafitov?ho povrchu so vzdialenos?ou medzi stredov?mi ?iarami laserov?ch st?p 100 mm, ?o umo??uje vyhn?? sa ich prekr?vaniu a de?trukcii exfoliovan?ch graf?nov?ch ?trukt?r.

V?sledkom implement?cie met?dy je odlupovanie graf?nu s hr?bkou asi 10 nm z povrchu grafitov?ho ter?a. V pr?pade pou?itia HOPG ako v?chodiskov?ho materi?lu sa graf?n z?skava vo forme p?sikov do ??rky 50 µm a d??ky viac ako 150 µm a do?ti?iek ?ubovo?n?ho tvaru s charakteristickou ve?kos?ou do 150 µm. V pr?pade pou?itia sklovit?ho uhl?ka ako v?chodiskov?ho materi?lu sa graf?n z?skava vo forme hrudiek s vysoko vyvinut?m vo?n?m povrchom a charakteristickou ve?kos?ou okolo 1 mm.

Po dokon?en? v?robn?ho procesu sa graf?nov? materi?l uchov?va v prirodzen?ch podmienkach, k?m sa tekut? dus?k ?plne neodpar?, po ?om sa stane dostupn?m pre ?al?? v?skum a pou?itie.

Navrhovan? met?da teda umo?n? z?ska? graf?nov? ?trukt?ry r?znych tvarov a ve?kost? s vysokou produktivitou a ekologickos?ou v?robn?ho procesu.

Sp?sob v?roby graf?nu v tekutom dus?ku s pou?it?m pulzn?ho laserov?ho ?iarenia, vyzna?uj?ci sa t?m, ?e povrch grafitu je o?etren? l??om laserov?ho ?iarenia s trvan?m impulzu pribli?ne 10-13 s, ktor? sa pohybuje nad cie?ov?m povrchom r?chlos?ou, ktor? poskytuje 75 % prekrytie laserov?ch pulzn?ch ?kv?n.

Podobn? patenty:

Vyn?lez mo?no vyu?i? pri v?robe elektronick?ch a optoelektronick?ch zariaden?, ako aj sol?rnych ?l?nkov. P?vodn? grafit sa disperguje vpichovan?m, ??m sa z?ska disperzn? produkt obsahuj?ci graf?n a grafitov? prvky.

Vyn?lez sa t?ka oblasti tvorby a v?roby uhl?kov?ch materi?lov s vysok?mi fyzik?lnymi a mechanick?mi vlastnos?ami, najm? uhl?kovo-uhl?kov?ch kompozitn?ch materi?lov na b?ze tkan?ch v?stu?n?ch pln?v z uhl?kov?ch vl?kien s vysok?m modulom a uhl?kovej matrice vytvorenej zo smoly pri karboniz?cii a n?slednej vysokej - teplotn? o?etrenia.

Vyn?lez m??e by? pou?it? pri v?robe kon?truk?n?ch materi?lov. Sp?sob ukladania uhl?kom vyp?len?ch ve?korozmerov?ch polotovarov z jemnozrnn?ho grafitu izostatick?ho lisovania pri grafitiz?cii zah??a ich usporiadanie vertik?lne a horizont?lne naprie? jadrom do st?pcov oddelen?ch od seba vrstvami jadrovej v?plne s hr?bkou pribli?ne 0,2 priemeru jadra. pr?zdne miesto.

Vyn?lez mo?no pou?i? na v?robu tepelne expandovan?ho grafitu (TEG) a materi?lov spoma?uj?cich horenie. P?vodn? pr??kov? grafit sa spracuje oxida?n?m roztokom obsahuj?cim nasleduj?ce zlo?ky v pomere g/g grafitu: kyselina s?rov? 2,0-5,0; dusi?nan am?nny 0,04-0,15; karbamid 0,04-0,15.

Vyn?lez m??e by? pou?it? v medic?ne, biol?gii a po?nohospod?rstve ako chemick? n?doby na skladovanie a prepravu l?tok. Grafit je fluorovan? fluoroxidantmi - chl?rom alebo fluoridom br?mov?m v rozp???adle inertnom k uveden?m fluoroxidantom, ktor?m je tetrachl?rmet?n alebo fre?n.

Vyn?lez sa t?ka v?roby keramiky s vysokou hustotou na b?ze tetragon?lneho oxidu zirkoni?it?ho. Vyvinut? materi?ly m??u by? pou?it? na z?skanie produktov odoln?ch vo?i opotrebovaniu, rezn?ch n?strojov, keramick?ch lo??sk, lek?rskych neresorbovate?n?ch implant?tov.

Vyn?lez sa t?ka oblasti organickej ch?mie a vysokomolekul?rnych kompozitn?ch materi?lov na b?ze organick?ch zl??en?n s vysokou teplotou rozkladu a je mo?n? ich pou?i? ako povlaky odoln? vo?i teplotn?m vplyvom.

Vyn?lez sa t?ka aerog?lov, kalcinovan?ch produktov a produktov s kry?talickou ?trukt?rou obsahuj?cich Zr02 a je mo?n? ich pou?i? v zubnom lek?rstve. Sp?sob v?roby aerog?lu zah??a kroky poskytnutia prv?ho s?lu oxidu zirkoni?it?ho obsahuj?ceho kry?talick? ?astice oxidu kovu charakterizovan?ho priemernou ve?kos?ou prim?rnych ?ast?c nie v???ou ako 50 nanometrov, pridan?m radik?lovo reakt?vneho povrchov?ho modifik?tora do s?lu oxidu zirkoni?it?ho, aby sa z?skal radik?lovo polymerizovate?n? povrch. - modifikovan? sol oxid zirkoni?it?, prid? sa inici?tor radik?lovej polymeriz?cie, zahreje sa na g?l, alkohol, ak je pr?tomn?, sa extrahuje z g?lu superkritickou extrakciou za vzniku aerog?lu.

Vyn?lez sa t?ka oblasti nanotechnol?gie a nanomateri?lov. Nanorozmern? krem?kov? pr??ok sa z?skava leptan?m monokry?t?lov?ho krem?ka v elektrochemickej leptacej cele protielektr?dou v tvare U z nehrdzavej?cej ocele, n?sledn?m mechanick?m oddelen?m por?znej vrstvy od substr?tu, jej rozomlet?m v izopropylalkohole v ultrazvukovom k?peli a vysu?en?m v pr?rodn?ch podmienkach, pri?om ako elektrolyt sa pou??va roztok dimetylformamid s pr?davkom kyseliny fluorovod?kovej a 20 % obj. peroxidu vod?ka (30 %).

Vyn?lez je mo?n? vyu?i? na z?skanie materi?lov a prvkov nanoelektroniky, nanofotoniky, plynov?ch senzorov a laserov?ch syst?mov s ultrakr?tkymi pulzmi ?iarenia. Graf?n sa z?skava exfoli?ciou grafitu v tekutom dus?ku. Povrch grafitov?ho ter?a je o?etren? l??om pulzn?ho laserov?ho ?iarenia s trvan?m impulzu asi 10-13 s, ktor? sa pohybuje po povrchu ter?a r?chlos?ou, ktor? zabezpe?uje pokrytie ?kv?n laserov?ch impulzov. Met?da umo??uje z?ska? graf?nov? ?trukt?ry r?znych tvarov a ve?kost?, zais?uj?ce vysok? produktivitu a ekologickos? v?robn?ho procesu. 2 chor?.

Grafemne (anglicky graphene) je vrstva uhl?kov?ch at?mov spojen?ch pomocou sp? v?zieb do hexagon?lnej dvojrozmernej kry?t?lovej mrie?ky. M??e by? reprezentovan? ako jedna rovina grafitu oddelen? od objemov?ho kry?t?lu. Odhaduje sa, ?e graf?n m? vysok? mechanick? tuhos? a dobr? tepeln? vodivos? (~1 TPa a ~5x103 W·m·1·K·1, v tomto porad?). Vysok? mobilita pr?dov?ch nosi?ov pri izbovej teplote z neho rob? s?ubn? materi?l na pou?itie v r?znych aplik?ci?ch, najm? ako bud?ci z?klad pre nanoelektroniku a mo?n? n?hradu krem?ka v integrovan?ch obvodoch.

Hlavn? met?da, ktor? je v s??asnosti k dispoz?cii na z?skanie graf?nu, je zalo?en? na mechanickom ?tiepen? alebo exfoli?cii grafitov?ch vrstiev. Umo??uje z?ska? vzorky najvy??ej kvality s vysokou mobilitou nosi?a. T?to met?da nezah??a pou?itie vo ve?kom meradle, preto?e ide o manu?lny postup. ?al?ou zn?mou met?dou je met?da tepeln?ho rozkladu substr?tu karbidu krem?ka, ktor? je ove?a bli??ia priemyselnej v?robe. Ke??e graf?n bol prv?kr?t z?skan? a? v roku 2004, e?te nebol dobre presk?man? a pri?ahuje zv??en? z?ujem.

Tento materi?l nie je len k?skom in?ch alotropn?ch modifik?ci? uhl?ka: grafit, diamant - vzh?adom na zvl??tnosti energetick?ho spektra nosi?ov vykazuje ?pecifick?, na rozdiel od in?ch dvojrozmern?ch syst?mov, elektrofyzik?lne vlastnosti.

Hist?ria objavov

Ry?a. jeden.

Graf?n je dvojrozmern? kry?t?l pozost?vaj?ci z jednej vrstvy at?mov uhl?ka usporiadan?ch do ?es?uholn?kovej mrie?ky. Jeho teoretick? v?skum za?al d?vno predt?m, ako boli z?skan? skuto?n? vzorky materi?lu, preto?e graf?n sa d? posklada? do trojrozmern?ho grafitov?ho kry?t?lu. Graf?n je z?kladom pre kon?trukciu te?rie tohto kry?t?lu. Grafit je polokov, v p?sovej ?trukt?re graf?nu tie? ch?ba zak?zan? p?smo a v miestach kontaktu medzi valen?n?m p?som a p?som vodivosti je energetick? spektrum elektr?nov a dier line?rne ako funkcia vlnov?ho vektora. Tak?to spektrum maj? bezhmotn? fot?ny a ultrarelativistick? ?astice, ako aj neutr?na. Preto hovoria, ?e efekt?vna hmotnos? elektr?nov a dier v graf?ne v bl?zkosti bodu kontaktu z?n sa rovn? nule. Tu v?ak stoj? za zmienku, ?e napriek podobnosti fot?nov a bezhmotn?ch nosi?ov existuje v graf?ne nieko?ko v?znamn?ch rozdielov, v?aka ktor?m s? nosi?e v graf?ne jedine?n? vo svojej fyzickej podstate, a to: elektr?ny a diery s? fermi?ny a s? nabit?. V s??asnosti neexistuj? medzi zn?mymi element?rnymi ?asticami ?iadne anal?gy pre tieto bezhmotn? nabit? fermi?ny.

Pokusy o pripojenie graf?nu k in?mu materi?lu za?ali experimentmi s jednoduchou ceruzkou a pokra?ovali pou?it?m mikroskopu at?movej sily na mechanick? odstr?nenie vrstiev grafitu, ale neboli ?spe?n?. Pou?itie grafitu s cudz?mi at?mami zabudovan?mi (interkalovan? grafit) do medzirovinn?ho priestoru (pou??va sa na zv???enie vzdialenosti medzi susedn?mi vrstvami a ich rozdelenie) tie? neviedlo k v?sledku.

Stabiliz?cia dvojrozmern?ho filmu bola dosiahnut? v?aka pr?tomnosti v?zby s tenkou dielektrickou vrstvou Si02, analogicky s tenk?mi filmami pestovan?mi pomocou MBE. Vodivos?, Shubnikov-de Haasov efekt a Hallov efekt boli prv?kr?t meran? pre vzorky pozost?vaj?ce z uhl?kov?ch filmov s at?movou hr?bkou.

Met?da exfoli?cie je pomerne jednoduch? a flexibiln?, preto?e umo??uje pr?cu so v?etk?mi vrstven?mi kry?t?lmi, teda tak?mi materi?lmi, ktor? sa javia ako slabo (v porovnan? so silami v rovine) spojen? vrstvy dvojrozmern?ch kry?t?lov.

Potvrdenie

Ry?a. 2.

K?sky graf?nu sa z?skavaj? mechanick?m p?soben?m na vysoko orientovan? pyrolytick? grafit alebo kish grafit. Najprv sa medzi lepiace p?sky umiestnia tenk? vrstvy grafitu a tenk? vrstvy grafitu sa znova a znova od?tipuj?, a? k?m sa nedosiahne dostato?ne tenk? vrstva (medzi mnoh?mi filmami m??u by? aj jednovrstvov?, ktor? s? zauj?mav?). Po odlepen? sa lepiaca p?ska s tenk?mi vrstvami grafitu a graf?nu pritla?? na oxidovan? krem?kov? substr?t. V tomto pr?pade je ?a?k? z?ska? f?liu ur?itej ve?kosti a tvaru v pevn?ch ?astiach substr?tu (horizont?lne rozmery f?li? s? zvy?ajne okolo 10 mm). Filmy n?jden? optick?m mikroskopom (s? sotva vidite?n? pri hr?bke dielektrika 300 nm) sa pripravia na merania. Pomocou mikroskopu at?movej sily sa ur?? skuto?n? hr?bka grafitov?ho filmu (v pr?pade graf?nu sa m??e l??i? v rozmedz? 1 nm). Pomocou elektr?novej litografie a reakt?vneho plazmov?ho leptania sa nastavuje tvar filmu pre elektrofyzik?lne merania (Hallov most pre magnetotransportn? merania).

Sp?sob z?skania graf?nu zabudovan?ho do polym?rnej matrice. Mali by sa spomen?? dve ?al?ie met?dy: r?diofrekven?n? plazmovo-chemick? depoz?cia z p?r (PECVD), rast pri vysokom tlaku a teplote (HPHT). Z t?chto met?d mo?no na z?skanie ve?koplo?n?ch filmov pou?i? iba posledn?.

Tepeln?m rozkladom povrchu SiC substr?tu vznik? grafitov? film (tento sp?sob z?skavania graf?nu je ove?a bli??? priemyselnej v?robe) a kvalita narasten?ho filmu z?vis? od stabiliz?cie kry?t?lu: C-stabilizovan? alebo Si- stabilizovan? povrch - v prvom pr?pade je kvalita f?li? vy??ia . Ukazuje sa, ?e napriek tomu, ?e hr?bka grafitovej vrstvy je viac ako jedna monovrstva, na vodivosti sa podie?a iba jedna vrstva v bezprostrednej bl?zkosti substr?tu, preto?e na rozhran? SiC-C vznik? nekompenzovan? n?boj v d?sledku rozdiel v pracovn?ch funkci?ch t?chto dvoch materi?lov. Uk?zalo sa, ?e vlastnosti tak?hoto filmu s? ekvivalentn? vlastnostiam graf?nu.

Existuje nieko?ko sp?sobov, ako z?ska? graf?n, ktor? mo?no rozdeli? do troch ve?k?ch skup?n. Do prvej skupiny patria mechanick? met?dy z?skavania graf?nu, z ktor?ch hlavnou je mechanick? exfoli?cia, ktor? je v s??asnosti (2008) najbe?nej?ou met?dou v?roby ve?k?ch vzoriek s ve?kos?ou ~10 mm vhodn?ch na transport a optick? merania. Druh? skupina met?d zah??a chemick? met?dy, ktor? sa vyzna?uj? vysok?m percentom v??a?ku materi?lu, ale mal?mi rozmermi filmu ~10–100 nm. Do poslednej skupiny patria epitaxn? met?dy a met?da tepeln?ho rozkladu SiC substr?tu, v?aka ktorej mo?no pestova? graf?nov? filmy.

Mechanick? met?dy

Highly Oriented Pyrolytic Graphite (skratka HOPG znamen? Highly Oriented Pyrolytic Graphite, ?o je vysoko orientovan? forma pyrolytick?ho grafitu s uhlov?m rozptylom osi c men??m ako 1 stupe?. Be?ne sa pou??va ako kalibra?n? n?stroj pre mikroskopick? ?t?die, ako je skenovanie tunelovacia mikroskopia alebo mikroskopia at?movej sily Komer?n? HOPG sa zvy?ajne vyr?ba ??han?m pri 3300 K HOPG sa spr?va ako ve?mi ?ist? kov Dobre odr??a svetlo a je dobr?m vodi?om elektriny, ale je ve?mi krehk? HOPG sa pou??val ako substr?t v mnoh?ch vedeck?ch experimentoch a? do ~ 100 um. Najprv sa medzi lepiace p?sky umiestnia tenk? vrstvy grafitu a tenk? vrstvy grafitu sa znova a znova od?tipuj?, a? k?m sa nedosiahne dostato?ne tenk? vrstva (medzi mnoh?mi filmami m??u by? aj jednovrstvov?, ktor? s? zauj?mav?). Po odlepen? sa lepiaca p?ska s tenk?mi vrstvami grafitu a graf?nu pritla?? na oxidovan? krem?kov? substr?t. V tomto pr?pade je ?a?k? z?ska? f?liu ur?itej ve?kosti a tvaru v pevn?ch ?astiach substr?tu (horizont?lne rozmery f?li? s? zvy?ajne okolo 10 mm). Filmy n?jden? optick?m mikroskopom (s? sotva vidite?n? pri hr?bke dielektrika 300 nm) sa pripravia na merania. Pomocou mikroskopu at?movej sily sa ur?? skuto?n? hr?bka grafitov?ho filmu (v pr?pade graf?nu sa m??e l??i? v rozmedz? 1 nm). Graf?n mo?no ur?i? aj pomocou Ramanovho rozptylu svetla alebo meran?m kvantov?ho Hallovho javu. Pomocou elektr?novej litografie a reakt?vneho plazmov?ho leptania sa nastavuje tvar filmu pre elektrofyzik?lne merania (Hallov most pre magnetotransportn? merania).

?al?ou met?dou je, ?e oxidovan? krem?kov? substr?t je pokryt? epoxidov?m lepidlom (pri pr?ci bola pou?it? ~10 µm hrub? vrstva) a tenk? grafitov? plat?a je pritla?en? na lepidlo pomocou lisu. Po odstr?nen? grafitovej platne lepiacou p?skou zostan? na lepiacej ploche plochy s graf?nom a grafitom. Hr?bka grafitu bola stanoven? pomocou Ramanovho rozptylu a drsnos? graf?nu bola meran? mikroskopom at?movej sily, ktor? sa uk?zala by? len 0,16 nm (polovi?n? drsnos? graf?nu na krem?kovej podlo?ke).

Epitaxia a rozklad

Mali by sa spomen?? dve ?al?ie met?dy: r?diofrekven?n? plazmovo-chemick? depoz?cia z p?r (PECVD), rast pri vysokom tlaku a teplote (HPHT). Z t?chto met?d mo?no na z?skanie ve?koplo?n?ch filmov pou?i? iba posledn?.

Tepeln?m rozkladom povrchu SiC substr?tu vznik? grafitov? film (tento sp?sob z?skavania graf?nu je ove?a bli??? priemyselnej v?robe) a kvalita narasten?ho filmu z?vis? od stabiliz?cie kry?t?lu: C-stabilizovan? alebo Si- stabilizovan? povrch - v prvom pr?pade je kvalita f?li? vy??ia . Napriek tomu, ?e hr?bka grafitovej vrstvy je viac ako jedna monovrstva, na vodivosti sa podie?a iba jedna vrstva v bezprostrednej bl?zkosti substr?tu, preto?e na rozhran? SiC-C vznik? nekompenzovan? n?boj v d?sledku rozdielu v pr?ci. funkcie dvoch materi?lov. Uk?zalo sa, ?e vlastnosti tak?hoto filmu s? ekvivalentn? vlastnostiam graf?nu.

Graf?n mo?no pestova? na kovov?ch substr?toch rut?nia a ir?dia.

In? met?dy

Ak sa medzi elektr?dy umiestni kry?t?l pyrolytick?ho grafitu a substr?t, potom je mo?n? zabezpe?i?, aby sa k?sky grafitu z povrchu, medzi ktor?mi m??u by? filmy s at?movou hr?bkou, mohli p?soben?m elektrick?ho po?a presun?? do oxidovan? krem?kov? substr?t. Aby sa zabr?nilo rozpadu (medzi elektr?dami bolo aplikovan? nap?tie 1 a? 13 kV), medzi elektr?dy bola tie? umiestnen? tenk? s?udov? plat?a.

Na z?skanie tenk?ch vrstiev grafitu a? po jednovrstvov? filmy sa pou??va ur?it? kombin?cia mechanickej met?dy (grafitov? ty?inka je nap?san? na povrchu krem?kov?ho substr?tu, pri?om po de?trukcii zanech?va filmy) a n?sledn?ho vysokoteplotn?ho ??hania (~1100 K). .

Mo?n? aplik?cie

Predpoklad? sa, ?e na z?klade graf?nu je mo?n? skon?truova? balistick? tranzistor. Z?skal sa tranzistor s efektom po?a na b?ze graf?nu, ako aj kvantov? interferen?n? zariadenie. Vedci veria, ?e v?aka ich ?spechom sa ?oskoro objav? nov? trieda graf?novej nanoelektroniky s hr?bkou z?kladn?ho tranzistora a? 10 nm. Tento tranzistor m? ve?k? zvodov? pr?d, to znamen?, ?e nie je mo?n? oddeli? dva stavy s uzavret?m a otvoren?m kan?lom.

Nie je mo?n? priamo pou?i? graf?n na vytvorenie tranzistora s efektom po?a bez zvodov?ch pr?dov kv?li absencii zak?zan?ho p?sma v tomto materi?li, preto?e nie je mo?n? dosiahnu? v?znamn? rozdiel v odpore pri akomko?vek aplikovanom nap?t? na br?nu, ?e nie je mo?n? nastavi? dva stavy vhodn? pre bin?rnu logiku: vodiv? a nevodiv? . Najprv mus?te nejak?m sp?sobom vytvori? dostato?n? ??rku p?sma pri prev?dzkovej teplote (aby tepelne excitovan? nosi?e mali mal? pr?spevok k vodivosti). V pr?ci je navrhnut? jeden z mo?n?ch sp?sobov. Tento ?l?nok navrhuje vytvori? tenk? pr??ky graf?nu s takou ??rkou, aby v d?sledku efektu kvantovej ve?kosti posta?ovala zak?zan? vzdialenos? na prechod do dielektrick?ho stavu (uzavret? stav) zariadenia pri izbovej teplote (28 meV zodpoved? ??rka p?su 20 nm). V?aka vysokej pohyblivosti (to znamen?, ?e pohyblivos? je vy??ia ako u krem?ka pou??van?ho v mikroelektronike) 10 4 V cm?1 s?1 bude r?chlos? tak?hoto tranzistora cite?ne vy??ia. Napriek tomu, ?e toto zariadenie je u? schopn? fungova? ako tranzistor, br?na pre? e?te nebola vytvoren?.

?al?ou oblas?ou pou?itia je pou?itie graf?nu ako ve?mi citliv?ho senzora na detekciu jednotliv?ch chemick?ch molek?l pripojen?ch k povrchu filmu.

?al?ou perspekt?vnou oblas?ou pou?itia graf?nu je jeho pou?itie na v?robu elektr?d v ionistoroch (superkondenz?toroch) na pou?itie ako dob?jate?n? zdroje pr?du.