Sarlavha(lar): Ko'pikli grafit va grafenni olish

Katalog raqami: 7

Asosiy fan (maktab): kimyo

Bilim sohasi (universitet): grafit, nanoelektronikadagi interstitsial birikmalar

Muhimligi: Nobel mukofoti 2010 yilda grafenni kashf etgani uchun berilgan. Bundan ancha oldin, noyob birikmalar sinfi etarlicha batafsil o'rganilgan - grafitdagi turli interstitsial birikmalar, xususan, ko'pikli grafit va faol yong'inga chidamli materiallarni olish uchun ishlatiladi. Bunday materiallarning xususiyatlarini olish va o'rganish bo'yicha loyiha ishlarini amalga oshirish talabaning ufqlarini sezilarli darajada kengaytirishi mumkin, ammo xavfsizlik nuqtai nazaridan u repetitorlar bilan yaqin hamkorlikda amalga oshirilishi kerak.

Yangilik: grafit asosidagi interkalatsiya birikmalarining sintezi va harakatini o'rganish

Maqsad: noodatiy kimyoviy va elektrofizik xususiyatlarga ega interkalatsiya birikmalarini olish

1. grafitning tuzilishi va xossalari, grafitdagi interstitsial birikmalar (GIC), grafen oksidi va grafenning sintezi va xossalari, ulardan amaliy foydalanishga oid adabiyotlarni o‘rganish.

2. SVG ni nitrat kislota bilan olish usullarini tanlash, SVG ni issiqlik bilan ishlov berishda ko'pikli grafit olish.

3. grafen oksidini olish usullarini tanlash

4. grafen oksidi suspenziyasini tozalash

5. Grafenni grafen oksidini kimyoviy qaytarish yoki issiqlik bilan ishlov berish jarayonida olish

6. moslashuvchan shaffof o'tkazgichni olish uchun grafen varaqlarini shaffof polimer materialga joylashtirish

7. grafit va ko'pikli grafitning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligini o'rganish

Eksperimental yondashuvlar: konsentrlangan kislotalar bilan o'zaro ta'sir qilish orqali grafitda interstitsial birikmalar olish, grafitni kimyoviy delaminatsiyalash

Uslubiy yondashuvlar: stoxiometrik bo'lmagan birikmalar kimyosi, interkalatsion birikmalar, kristall panjara anizotropiyasi, uglerod nanomateriallarida kimyoviy bog'lanish nazariyasi bilan tanishish.

Kerakli maxsus reagentlar va resurslar: konsentrlangan kislotalar, sof grafit, natriy borgidrid, issiqlik uskunalari

Talabaning nazariy materialni o'zlashtirishi: uglerod nanomateriallarining tuzilishi va xossalari va ulardan amaliy foydalanish istiqbollari, poliaromatik birikmalarda kimyoviy bog‘lanish, duragaylanish nazariyasi, kovalent, metall, van-der-vaals kuchlari.

Talabalar malakalari: konsentrlangan kislotalar bilan ishlash (batafsil brifingdan so'ng, terini va ko'zni himoya qilishda, o'qituvchi yoki o'qituvchi nazorati ostida), issiqlik moslamalari bilan ishlash,

Maktab o'quv dasturidagi oldingi materiallar: uglerod kimyosi, aromatik birikmalar, uglerod allotropiyasi

O'qituvchining roli: loyihani umumiy boshqarish, barcha tajribalarda bevosita ishtirok etish, batafsil brifing va xavfsizlik qoidalariga rioya qilish monitoringi

Mutaxassislarning mumkin bo'lgan yordami: reaktivlar, qo'shimcha adabiyotlar, maslahat yordami bilan ta'minlash

Xavfsizlik choralari: kaustik moddalar va konsentrlangan kislotalar bilan ishlash talab qilinadi, hamma narsa faqat qoralama ostida, xalat, qo'lqop va ko'zoynakda, faqat o'qituvchi yoki o'qituvchi ishtirokida amalga oshirilishi kerak.

Eslatmalar: grafen olingan taqdirda, ular atom kuch mikroskopiyasi va Raman spektroskopiyasi (universitet bilan hamkorlikda) yordamida qo'shimcha tekshirishlari mumkin.

Grafen oksidining ideal tuzilishi

"Dizayn ishlari mavzulari katalogi" klasterining boshqa ishlari (gipermatnli navigator):

Zamonaviy sanoat jarayonlarida kuchli kislotalar, ishqorlar va hatto plazma qo'llaniladi, ammo amerikalik olimlarning yangi usuliga ko'ra, faqat atsetilen tsilindri, kislorod balloni va uchqun kerak.

Chapdan o'ngga: Jastin Rayt, Kris Sorensen, Arjun Nepal

Grafen - qalinligi bir atomli uglerod qatlami to'satdan yuqori texnologiyali dunyoda eng ko'p talab qilinadigan materiallardan biriga aylandi. Bu ko'pchilik tomonidan tibbiyot va elektronika muammolarini hal qilish uchun panatseya sifatida qabul qilinadi. Grafen yordamida batareyalar yuqori quvvatga ega bo'ladi, neyron interfeyslar haqiqatga aylanadi va shifokorlar noyob protezlar yasashni o'rganadilar.

Endi sanoat miqyosida grafen ishlab chiqarish juda energiya talab qiladigan, murakkab va qimmat jarayondir. Bu laboratoriyalarda qo'lda bajariladigan va sanoat yechimiga aylana olmaydigan qatlamlarni tozalashdir. Yoki kimyo, katalizatorlardan foydalanish va energiyani ko'p talab qiladigan 1000 gradusgacha qizdirish.

Ko'pincha u tabiiy materialdan - toza uglerodga aylantirilgan pirolitik grafitdan olinadi va keyin mexanik va kimyoviy jihatdan grafenning alohida zarralari bir necha qatlamlardan qalinroq bo'lmasligini ta'minlaydi. Ishlab chiqarish jarayonida kuchli kislotalar, ishqorlar ishlatiladi, juda yuqori harorat va bosim hosil bo'ladi. Shuning uchun ushbu materialni olish uchun arzon usulning paydo bo'lishi muhimdir.

Kanzas shtat universiteti olimlari grafenni ommaviy ishlab chiqarishning arzon usuli topilgani haqida e’lon qildi. Buning uchun faqat bir nechta mavjud komponentlar kerak: uglevodorod gazi, kislorod, sham va yonish kamerasi.

Grafenni olish uchun yonish kamerasini asetilen yoki gazsimon etilen va kislorod bilan to'ldirish kifoya, so'ngra gaz aralashmasining portlashiga olib keladigan avtomobil uchqunidan foydalaning. Bunday holda, grafen hosil bo'ladi, u faqat yonish kamerasining devorlaridan yig'iladi. Shunday qilib, grafenni olish jarayoni yuqori uglerodli materiallarning portlashidan iborat.

Bu usul olimlar tomonidan tasodifan kashf etilgan. Tadqiqotchilar uglerodli aerozol gelini ishlab chiqarish usulini ishlab chiqishdi. Buning uchun ular yuqoridagi jarayondan foydalanganlar. Portlashdan so'ng kuyik hosil bo'ldi, u o'rganilgandan so'ng grafen bo'lib chiqdi. Olimlarning ta'kidlashicha, ular bu materialni olishni rejalashtirmaganlar, shunchaki omadli bo'lgan.

Grafen olishning yangi usuli hozirda qo'llanilayotgan usullarga nisbatan bir qator afzalliklarga ega. Bu zararli kimyoviy moddalardan foydalanishni va ko'p energiya talab qilmaydi. Bu, shuningdek, grafenni katta miqdorda ishlab chiqarish va ishlab chiqarishni osonlik bilan kengaytirish imkonini beradi. Nihoyat, bu usul iqtisodiy nuqtai nazardan foydaliroqdir.

Grafen - bu uglerodning ikki o'lchovli allotropik modifikatsiyasi bo'lib, unda barcha atomlar tekis olti burchakli qatorlarda joylashgan.

Birinchi marta 2004 yilda olingan grafen elektronika va energiya uchun juda foydali material ekanligi isbotlangan. U juda kuchli, juda issiqlik o'tkazuvchan va uning ba'zi xususiyatlari odatda noyobdir: masalan, grafen fanga ma'lum bo'lgan eng yuqori elektron harakatchanligiga ega materialdir. Aynan shu xususiyat uni elektronika, katalizatorlar, batareyalar va kompozit materiallarda ajralmas qildi.

Eng qiziqarli voqealardan xabardor bo'lish uchun Viber va Telegram-dagi Qibble-ga obuna bo'ling.

O'tgan yilga qadar grafen ishlab chiqarishning fanga ma'lum bo'lgan yagona usuli grafitning eng nozik qatlamini yopishqoq lenta ustiga qo'llash va keyin asosni olib tashlash edi. Ushbu texnika "skotch texnikasi" deb ataladi. Biroq, yaqinda olimlar yangi materialni olishning yanada samarali usuli borligini aniqladilar: asos sifatida ular mis, nikel yoki kremniy qatlamidan foydalana boshladilar, keyinchalik ular o'yma yo'li bilan chiqariladi (2-rasm). Shu tariqa, Koreya, Yaponiya va Singapur olimlari jamoasi tomonidan kengligi 76 santimetr bo‘lgan to‘rtburchaklar shaklidagi grafen varaqlari yaratildi. Tadqiqotchilar nafaqat uglerod atomlarining bir qatlamli strukturasi bo'lagining o'lchami bo'yicha o'ziga xos rekord o'rnatdilar, balki egiluvchan varaqlar asosida sezgir ekranlarni ham yaratdilar.

2-rasm: grafenni qirqish orqali olish

Birinchi marta grafen "bo'laklari" fiziklar tomonidan faqat 2004 yilda, ularning o'lchami atigi 10 mikrometr bo'lganida olingan. Bir yil oldin, Ostindagi Texas universitetida Rodni Ruoff jamoasi grafendan santimetr kattalikdagi "qismlar" yaratishga muvaffaq bo'lganini e'lon qildi.

Ruoff va uning hamkasblari kimyoviy bug 'cho'kmasi (CVD) yordamida uglerod atomlarini mis folga ustiga joylashtirdilar. Sunkhyunxvan universiteti professori Byun Xe Xong laboratoriyasidagi tadqiqotchilar uzoqroqqa borib, varaqlarni to?liq ekran o?lchamiga qadar kattalashtirdilar. Yangi "rulo" texnologiyasi (roll-to-roll ishlov berish) grafendan uzun tasma olish imkonini beradi (3-rasm).

3-rasm: stacked grafen qatlamlarining yuqori aniqlikdagi transmissiya elektron mikroskopi tasviri.

Fizikaning grafen varaqlari ustiga yopishtiruvchi polimer qatlami qo'yildi, mis substratlar eritildi, keyin polimer plyonkasi ajratildi - bir qatlamli grafen olindi. Choyshablarga katta kuch berish uchun olimlar xuddi shu tarzda yana uchta grafen qatlamini "o'stirishdi". Oxir-oqibat, hosil bo'lgan "sendvich" o'tkazuvchanlikni yaxshilash uchun nitrat kislota bilan ishlangan. Polyester substrat ustiga yangi grafen varaq qo'yiladi va qizdirilgan roliklar orasiga o'tkaziladi (4-rasm).

4-rasm: Grafen olish uchun rulon texnologiyasi

Olingan struktura yorug'likning 90% ni uzatdi va standartdan pastroq elektr qarshiligiga ega edi, lekin baribir juda qimmat, shaffof o'tkazgich, indiy qalay oksidi (ITO). Aytgancha, sensorli displeylar asosi sifatida grafen varaqlaridan foydalangan holda, tadqiqotchilar ularning tuzilishi ham kamroq mo'rt ekanligini aniqladilar.

To'g'ri, barcha yutuqlarga qaramay, texnologiyani tijoratlashtirish hali juda uzoq. Shaffof uglerod nanotube plyonkalari ancha vaqtdan beri ITO-ni almashtirishga harakat qilmoqda, ammo ishlab chiqaruvchilar plyonka nuqsonlarida paydo bo'ladigan "o'lik piksellar" muammosini hal qila olmayaptilar.

Elektrotexnika va elektronikada grafenlardan foydalanish

Yassi panelli ekranlardagi piksellarning yorqinligi ikkita elektrod orasidagi kuchlanish bilan belgilanadi, ulardan biri tomoshabinga qaragan (5-rasm). Ushbu elektrodlar shaffof bo'lishi kerak. Hozirgi vaqtda qalay qo'shilgan indiy oksidi (ITO) shaffof elektrodlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, ammo ITO qimmat va eng barqaror material emas. Bundan tashqari, dunyo tez orada indiy zahiralarini tugatadi. Grafen ITO ga qaraganda shaffofroq va barqarorroq va grafen elektrodi LCD allaqachon namoyish etilgan.

5-rasm: Grafen ekranlarining yorqinligi qo'llaniladigan kuchlanish funktsiyasi sifatida

Material elektronikaning boshqa sohalarida ham katta imkoniyatlarga ega. 2008 yil aprel oyida Manchesterlik olimlar dunyodagi eng kichik grafenli tranzistorni namoyish qilishdi. Grafenning to'g'ri qatlami materialning qarshiligini nazorat qiladi va uni dielektrikga aylantiradi. Alohida elektronlar harakatini boshqarish uchun yuqori tezlikdagi nano-tranzistor uchun mikroskopik quvvat kalitini yaratish mumkin bo'ladi. Mikroprotsessorlardagi tranzistorlar qanchalik kichik bo'lsa, u shunchalik tez bo'ladi va olimlar zamonaviy kremniy mikrotranzistor texnologiyasi deyarli o'z chegarasiga yetganini hisobga olsak, kelajak kompyuterlaridagi grafen tranzistorlari molekula hajmida bo'lishiga umid qilishmoqda.

Grafen nafaqat ajoyib elektr o'tkazgichdir. U eng yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega: atom tebranishlari hujayra tuzilishining uglerod tarmog'i orqali osongina tarqaladi. Elektronikada issiqlik tarqalishi jiddiy muammodir, chunki elektronika bardosh bera oladigan yuqori haroratlarda chegaralar mavjud. Biroq, Illinoys universiteti olimlari grafen asosidagi tranzistorlar qiziqarli xususiyatga ega ekanligini aniqladilar. Ular termoelektrik ta'sirni namoyon qiladi, bu esa qurilma haroratining pasayishiga olib keladi. Bu grafenga asoslangan elektronika sovutgichlar va muxlislarni o'tmishda qoldirishini anglatishi mumkin. Shunday qilib, kelajakdagi mikrosxemalar uchun istiqbolli material sifatida grafenning jozibadorligi yanada ortadi (6-rasm).

6-rasm: Haroratni o'lchash uchun grafen-metall kontaktining sirtini skanerlaydigan atom kuch mikroskopi.

Olimlar uchun grafenning issiqlik o'tkazuvchanligini o'lchash oson bo'lmadi. Ular 3 mikron uzunlikdagi grafen plyonkani kremniy dioksidi kristalidagi aynan bir xil teshikka joylashtirish orqali uning haroratini o'lchashning mutlaqo yangi usulini ixtiro qildilar. Keyin plyonka lazer nurlari bilan qizdirilib, uning tebranishiga olib keldi. Bu tebranishlar harorat va issiqlik o'tkazuvchanligini hisoblashga yordam berdi.

Yangi moddaning fenomenal xususiyatlaridan foydalanishda olimlarning zukkoligi chegara bilmaydi. 2007 yil avgust oyida unga asoslangan barcha mumkin bo'lgan sensorlarning eng sezgiri yaratildi. U bitta gaz molekulasiga javob berishga qodir, bu toksinlar yoki portlovchi moddalar mavjudligini o'z vaqtida aniqlashga yordam beradi. Chet ellik molekulalar grafen tarmog'iga tinchgina tushib, undan elektronlarni urib tushiradi yoki ularni qo'shadi. Natijada, grafen qatlamining elektr qarshiligi o'zgaradi, bu olimlar tomonidan o'lchanadi. Hatto eng kichik molekulalar ham kuchli grafen to'rlari tomonidan tutiladi. 2008-yil sentabr oyida Qo‘shma Shtatlardagi Kornel universiteti olimlari grafen membranasi, xuddi eng yupqa shar kabi, uning har ikki tomonidagi bir necha atmosfera bosimi farqi tufayli qanday shishirilishini ko‘rsatdi. Grafenning bu xususiyati turli xil kimyoviy reaktsiyalar borishini aniqlashda va umuman atomlar va molekulalarning harakatlarini o'rganishda foydali bo'lishi mumkin.

Sof grafenning katta varaqlarini olish hali ham juda qiyin, ammo uglerod qatlami boshqa elementlar bilan aralashtirilgan bo'lsa, vazifani soddalashtirish mumkin. AQShning Shimoli-g'arbiy universitetida grafit oksidlanib, suvda eritildi. Natijada qog'ozga o'xshash material - grafen oksidli qog'oz paydo bo'ldi (7-rasm). Bu juda qiyin va uni tayyorlash juda oson. Grafen oksidi batareyalar va yonilg'i xujayralarida bardoshli membrana sifatida mos keladi.

7-rasm: Grafen oksidi qog'ozi

Grafen membranasi elektron mikroskop ostida o'rganish ob'ektlari uchun ideal substratdir. Qusursiz hujayralar tasvirlarda bir xil kulrang fonga birlashadi, bunda boshqa atomlar aniq ajralib turadi. Shu paytgacha elektron mikroskopda eng yengil atomlarni farqlash deyarli imkonsiz edi, lekin substrat sifatida grafen bilan, hatto kichik vodorod atomlarini ham ko'rish mumkin edi.

Grafendan foydalanish imkoniyatlari cheksizdir. Yaqinda AQShning Shimoli-g'arbiy universiteti fiziklari grafenni plastmassa bilan aralashtirish mumkinligini aniqladilar. Natijada yuqori haroratga bardosh beradigan, gaz va suyuqliklarni o'tkazmaydigan nozik, o'ta kuchli materialdir.

Uni qo'llash sohasi engil yoqilg'i quyish shoxobchalari, avtomobillar va samolyotlar uchun ehtiyot qismlar, bardoshli shamol turbinasi pichoqlarini ishlab chiqarishdir. Plastik oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash, ularni uzoq vaqt davomida yangi saqlash uchun ishlatilishi mumkin.

Grafen nafaqat eng nozik, balki dunyodagi eng bardoshli materialdir. Nyu-Yorkdagi Kolumbiya universiteti olimlari buni kremniy kristalidagi mayda teshiklar ustiga grafen joylashtirish orqali tasdiqladilar. Keyin, eng nozik olmos ignasini bosib, ular grafen qatlamini yo'q qilishga harakat qilishdi va bosim kuchini o'lchashdi (8-rasm). Ma'lum bo'lishicha, grafen po'latdan 200 baravar kuchli. Agar siz yopishqoq plyonka kabi qalin grafen qatlamini tasavvur qilsangiz, u qalam nuqtasi bosimiga bardosh beradi, uning qarama-qarshi uchida fil yoki mashina muvozanatlashadi.

8-rasm: Grafen olmosli igna ustidagi bosim

RU 2572325 patenti egalari:

Ixtiro nanoelektronika, nanofotonika, gaz datchiklari va ultraqisqa nurlanish impulslariga ega lazer tizimlarining materiallari va elementlarini olish uchun ishlatilishi mumkin. Grafen suyuq azotda grafitni eksfoliatsiya qilish orqali olinadi. Grafit nishonining yuzasi, pulsning davomiyligi taxminan 10-13 sek bo'lgan, lazer pulslari nuqtalarining 75% qoplanishini ta'minlaydigan tezlikda nishon yuzasi bo'ylab harakatlanadigan impulsli lazer nurlanishi bilan ishlov beriladi. Usul ishlab chiqarish jarayonining yuqori mahsuldorligi va ekologik tozaligini ta'minlaydigan turli shakl va o'lchamdagi grafen tuzilmalarini olish imkonini beradi. 2 kasal.

Ixtiro uglerod nanostrukturalarini ishlab chiqarish bilan bog'liq bo'lib, nanoelektronika, nanofotonika, gaz sensorlari va ultraqisqa nurlanish impulslari bo'lgan lazer tizimlarining materiallari va elementlari uchun asos sifatida foydalanish uchun grafen olish uchun ishlatilishi mumkin.

Grafen olishning barcha ma'lum usullarini ikki guruhga bo'lish mumkin: sintez va ajratish. Birinchi guruhga kimyoviy bug'larni cho'ktirish orqali grafen sintezi, elektr yoyida grafen ishlab chiqarish, kremniy karbidining termal parchalanishi, metall yuzasida epitaksial o'sish va boshqalar kiradi. Ular yuqori sifatli grafen hosil qilish imkonini beradi, lekin ular juda ko'p vaqt talab qiladi va qimmat, chunki ular murakkab maxsus jihozlardan foydalanishni va qat'iy texnologik shartlarni bajarishni talab qiladi. Shu bilan birga, bepul grafen olish uchun maxsus ajratish va tozalash jarayonlari talab etiladi. Ikkinchi guruh grafitni mikromexanik ajratish, grafitni suyuq fazali ajratish, grafitni oksidlash va boshqalar kabi usullarni birlashtiradi. Ularni amalga oshirish osonroq, ammo sezilarli kamchiliklarga ega. Bu, birinchi navbatda, kerakli sifatdagi grafen hosilining kichik bir qismi va uni qo'shilgan materialdan va ishlatiladigan texnologik vositalardan tozalash zarurati (Eletskiy A.V., Iskandarova I.M., Knijnik A.A. va boshqalar. Grafen: ishlab chiqarish usullari. va termofizik xossalari Uspekhi fizicheskikh nauk, 2011, j. 181, № 3, 233-250-betlar).

Grafitni eksfoliatsiya qilish orqali grafen hosil qilishning ma'lum usuli (qarang. Patent US 20130102084 A1, IPC C01B 31/04, H01L 51/00, H01L 51/42, nashr: 04/25/2013), bir qator introduktsiyalarni o'z ichiga olgan. atom qatlamlari orasidagi bo'shliqqa organik erituvchilarda (propilen karbonat, N, N-dimetilformamid, dimetil sulfoksid) metall tuzlari (Li, Al, Fe, Cu) eritmalarining grafit namunasi. Ionlar va organik erituvchi molekulalari atom qatlamlari orasidagi bo'shliqni kengaytiradi, bu ularni elektrokimyoviy, termal, mikroto'lqinli, solvotermik, akustokimyoviy yoki akustik xarakterga ega bo'lishi mumkin bo'lgan tashqi harakatlantiruvchi kuch ta'sirida ajratish imkonini beradi.

Ushbu usulning kamchiligi uni amalga oshirish bosqichlarining uzoq davom etishi (grafitni kengaytirish, tashqi harakatlantiruvchi kuch bilan qayta ishlash, hosil bo'lgan grafenni tozalash) tufayli past mahsuldorlikdir. Bundan tashqari, grafenni organik erituvchilardan to'liq tozalashga erishib bo'lmaydi.

Elektromagnit nurlanishdan foydalangan holda grafen ishlab chiqarish usuli ham mavjud (qarang. AQSh patenti 20130056346 A1, IPC C01B 31/02, B01J 19/12, B82Y 40/00, nashr: 03/07/2013). Bu usul konsentrlangan elektromagnit nurlanish (shu jumladan lazer nurlanishi) ta'sirida qizdirilganda grafit oksidi grafenga aylanishini o?z ichiga oladi.

Ushbu usulning kamchiligi shundaki, grafen olish uchun boshlang'ich material maxsus tayyorlangan mikrodispersli grafit oksidi kukuni bo'lib, uni ishlab chiqarish murakkab kimyoviy-mexanik jarayonlar va ekologik xavfli reagentlardan foydalanish bilan bog'liq.

Kriogen suyuqliklarda uglerod nanostrukturalarini ishlab chiqarishning ma'lum usuli mavjud (qarang: Mortazavi S.Z., P. Parvin, Reyhani A. Suyuq azotda grafit nishonining Q-switched Nd:YAG lazer ablasyonu asosida grafen ishlab chiqarish. Lazer. Physics Review Letters, 2012, Vol. 9, No. 7, P. 547-552 (prototip)), bunda grafen impulsli Q-switched nanosekund Nd: YAG yordamida suyuq azotga joylashtirilgan grafit nishonini lazer bilan ablatsiya qilish orqali olinadi. lazer.

Ushbu usulning kamchiliklari orasida grafen ishlab chiqarish uzoq vaqt talab qilinishi (20 daqiqa) va maqsadli sirt statsionar lazer nurlari bilan ishlov beriladi, bu sintez maydonini radiatsiya fokuslash nuqtasi chegaralari bilan cheklaydi. Ushbu kamchiliklarning kombinatsiyasi ko'rib chiqilayotgan usulning samaradorligini pasaytiradi.

Ixtironing texnik natijasi - hosil bo'lgan materialni qo'shimcha tozalashni talab qiluvchi kimyoviy moddalardan foydalanmasdan, bir qayta ishlash siklida grafen ishlab chiqarish jarayonining mahsuldorligini oshirishdir.

Texnik natijaga grafen ishlab chiqarish usulida jarayon suyuq azotda impulsli lazer nurlanishidan foydalangan holda amalga oshirilishi va grafit yuzasi 10 - tartibli pulsli lazer nurlanish nurlari bilan ishlov berilishi bilan erishiladi. 13 s, maqsadli sirt ustida lazer impulslarining 75% nuqta o'zaro ta'sirini ta'minlaydigan tezlikda harakatlanadi.

Shaklda. 1-rasmda yuqori yo'naltirilgan pirolitik grafitni (HOPG) lazerli delaminatsiyalash orqali ixtiro yordamida olingan grafen tuzilmalarining tasviri ko'rsatilgan. Shaklda. 2 shishasimon uglerodni lazerli delaminatsiyalashda ixtiro yordamida olingan grafen tuzilmalarining tasvirini ko'rsatadi. Tasvirlar Quanta 200 3D skanerlash elektron mikroskopi yordamida olingan.

Usul TETA-10 ytterbium femtosekund lazer yordamida amalga oshiriladi. Ushbu lazer to'lqin uzunligi 1029 nm, impuls davomiyligi 300 fs va har bir impuls uchun energiya 150 mkJ bo'lgan nurlanish bilan materiallarni qayta ishlashni ta'minlaydi. Lazer pulsining takrorlanish tezligi 10 kHz. Grafit yuzasi suyuq azotda ishlov beriladi, u taxminan 1 sm qalinlikdagi qatlam bilan qoplanadi.Grafit yuzasida lazer nurlanish nuqtasining diametri 100 mkm.

Usulni sinab ko'rishda grafenni olish uchun boshlang'ich material (maqsadli material) sifatida quyidagi grafit modifikatsiyalari ishlatilgan: yuqori yo'naltirilgan pirolitik grafit VOPG-1,7-10 x 10 x 1-1 va shishasimon uglerod SU-2000.

Manba materialining sirtini qayta ishlash skanerlash rejimida amalga oshiriladi. Lazer nurlarining nishon yuzasida tezligi 0,25 m/s. Ushbu skanerlash tezligida lazer impulslari nuqtalarining 75% qoplanishi ta'minlanadi, bu lazer yo'li ichidagi har bir sirt elementini to'rtta radiatsiya impulslari bilan qayta ishlashga to'g'ri keladi (lazer yo'lining dastlabki va oxirgi bosqichlaridan tashqari). Pastroq ta'sir darajasida grafenning eksfoliatsiyasi sodir bo'lmaydi va yuqori darajada, maqsadli sirt va shu bilan birga, eksfoliatsiyalangan uglerod materialining kuchli yo'q qilinishi boshlanadi. Olingan grafen materialining miqdori lazer bilan ishlov berilgan grafit nishonining sirt maydoniga mutanosib ravishda ortadi. Davolash maydonining ko'payishi grafit yuzasini lazer yo'llarining markaziy chiziqlari orasidagi masofa 100 mkm bo'lgan ko'p bosqichli nurlanish orqali ta'minlanadi, bu ularning bir-biriga yopishib qolishi va eksfoliatsiyalangan grafen tuzilmalarini yo'q qilishning oldini olishga imkon beradi.

Usulni amalga oshirish natijasida qalinligi taxminan 10 nm bo'lgan grafen grafit nishoni yuzasidan chiqib ketadi. HOPG dan boshlang'ich material sifatida foydalanilganda, grafen kengligi 50 mkm gacha va uzunligi 150 mkm dan ortiq bo'lgan lentalar va xarakterli o'lchami 150 mkm gacha bo'lgan o'zboshimchalik shaklidagi plitalar shaklida olinadi. Boshlang'ich material sifatida shishasimon ugleroddan foydalanilganda, grafen yuqori darajada rivojlangan erkin yuzasi va xarakterli o'lchami taxminan 1 mkm bo'lgan bo'laklar shaklida olinadi.

Ishlab chiqarish jarayoni tugagandan so'ng, grafen moddasi suyuq azot to'liq bug'lanib ketguncha tabiiy sharoitda saqlanadi, shundan so'ng u keyingi tadqiqotlar va foydalanish uchun mavjud bo'ladi.

Shunday qilib, taklif etilayotgan usul ishlab chiqarish jarayonining yuqori mahsuldorligi va ekologik tozaligi bilan turli shakl va o'lchamdagi grafen tuzilmalarini olish imkonini beradi.

Impulsli lazer nurlanishidan foydalangan holda suyuq azotda grafen ishlab chiqarish usuli, grafit yuzasi taxminan 10-13 sekund pulsli lazer nurlanish nurlari bilan ishlanishi, maqsadli sirt ustida 75% bir-biriga mos keladigan tezlikda harakatlanishi bilan tavsiflanadi. lazer pulsli dog'lar.

Shunga o'xshash patentlar:

Ixtiro elektron va optoelektron qurilmalar, shuningdek, quyosh batareyalari ishlab chiqarishda qo‘llanilishi mumkin. Asl grafit grafen va grafit elementlarini o'z ichiga olgan dispersiya mahsulotini olish uchun igna bilan tarqatiladi.

Ixtiro yuqori fizikaviy va mexanik xususiyatlarga ega uglerodli materiallarni, xususan, yuqori modulli uglerod tolasidan to?qilgan mustahkamlovchi plomba moddalari va karbonlashtirish va undan keyingi yuqori qatlamlardan hosil bo?lgan uglerod matritsasi asosidagi uglerod-uglerodli kompozit materiallarni yaratish va ishlab chiqarish sohasiga tegishli. -harorat muolajalari.

Ixtirodan konstruktiv materiallar ishlab chiqarishda foydalanish mumkin. Grafitizatsiya jarayonida uglerod bilan ishlaydigan katta o'lchamli nozik taneli grafit blankalarini yig'ish usuli, ularning yadro bo'ylab vertikal va gorizontal ravishda bir-biridan diametrining taxminan 0,2 qalinligi bo'lgan yadro plomba qatlamlari bilan ajratilgan ustunlarda joylashtirilishini o'z ichiga oladi. bo'sh.

Ixtiro termal kengaytirilgan grafit (TEG) va yong'inga chidamli materiallarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Asl kukunli grafit grafitning g/g nisbatida quyidagi komponentlarni o'z ichiga olgan oksidlovchi eritma bilan ishlanadi: sulfat kislota 2,0-5,0; ammoniy nitrat 0,04-0,15; karbamid 0,04-0,15.

Ixtiro tibbiyot, biologiya va qishloq xo‘jaligida moddalarni saqlash va tashish uchun kimyoviy konteyner sifatida qo‘llanilishi mumkin. Grafit fluoroksidantlar - xlor yoki brom triflorid bilan ko'rsatilgan ftoroksidantlarga, ya'ni uglerod tetraklorid yoki freonga nisbatan inert hal qiluvchi bilan ftorlangan.

Ixtiro tetragonal tsirkoniy dioksid asosidagi yuqori zichlikdagi keramika ishlab chiqarishga tegishli. Ishlab chiqilgan materiallar a??nmaya bardoshli mahsulotlar, kesish asboblari, keramik podshipniklar, tibbiy rezorbsiyasiz implantlarni olish uchun ishlatilishi mumkin.

Ixtiro organik kimyo va yuqori parchalanish haroratiga ega bo'lgan organik birikmalar asosidagi yuqori molekulyar kompozit materiallar sohasiga tegishli bo'lib, harorat ta'siriga chidamli qoplama sifatida ishlatilishi mumkin.

Ixtiro aerojellar, kaltsiylangan mahsulotlar va ZrO2 ni o'z ichiga olgan kristalli tuzilishga ega mahsulotlarga tegishli bo'lib, stomatologiyada qo'llanilishi mumkin. Aerojel ishlab chiqarish usuli o'rtacha birlamchi zarrachalar hajmi 50 nanometrdan ko'p bo'lmagan kristalli metall oksidi zarralarini o'z ichiga olgan birinchi sirkoniy dioksid solini bilan ta'minlash, radikal polimerizatsiya qilinadigan sirtni olish uchun tsirkoniy dioksid zoliga radikal reaktiv sirt modifikatorini qo'shish bosqichlarini o'z ichiga oladi. -modifikatsiyalangan sol tsirkoniya, radikal inisiator qo'shiladi, gel hosil qilish uchun qizdiriladi, agar mavjud bo'lsa, aerojel hosil qilish uchun o'ta kritik ekstraktsiya bilan geldan spirt chiqariladi.

Ixtiro nanotexnologiya va nanomateriallar sohasiga tegishli. Nano o'lchamli kremniy kukuni bir kristalli kremniyni elektrokimyoviy o'tlash kamerasida zanglamaydigan po'latdan yasalgan U shaklidagi kontrelektrod bilan o'rash, so'ngra g'ovak qatlamni substratdan mexanik ravishda ajratish, uni ultratovushli vannada izopropil spirtida maydalash va quritish orqali olinadi. tabiiy sharoitda, eritma gidroflorik kislota va 20% hajmli vodorod periks (30%) qo'shilishi bilan elektrolit dimetilformamid sifatida ishlatiladi.

Ixtiro nanoelektronika, nanofotonika, gaz datchiklari va ultraqisqa nurlanish impulslariga ega lazer tizimlarining materiallari va elementlarini olish uchun ishlatilishi mumkin. Grafen suyuq azotda grafitni eksfoliatsiya qilish orqali olinadi. Grafit nishonining yuzasi lazer pulslari nuqtalarini qoplashni ta'minlaydigan tezlikda nishon yuzasi bo'ylab harakatlanadigan, taxminan 10-13 sekund pulsli lazer nurlanish nurlari bilan ishlanadi. Usul ishlab chiqarish jarayonining yuqori mahsuldorligi va ekologik tozaligini ta'minlaydigan turli shakl va o'lchamdagi grafen tuzilmalarini olish imkonini beradi. 2 kasal.

Grafemne (inglizcha grafen) - sp? bog'lari orqali olti burchakli ikki o'lchovli kristall panjaraga bog'langan uglerod atomlari qatlami. Uni ommaviy kristaldan ajratilgan grafitning bir tekisligi sifatida ko'rsatish mumkin. Grafenning yuqori mexanik qattiqligi va yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi (mos ravishda ~1 TPa va ~5x10 3 Vt · m · 1 · K · 1) ekanligi taxmin qilinadi. Xona haroratida oqim tashuvchilarning yuqori harakatchanligi uni turli xil ilovalarda, xususan, nanoelektronika uchun kelajakda asos va integral mikrosxemalardagi kremniyni almashtirish uchun istiqbolli materialga aylantiradi.

Hozirgi vaqtda grafenni olishning asosiy usuli grafit qatlamlarini mexanik bo'linish yoki eksfoliatsiya qilishga asoslangan. Bu yuqori tashuvchining harakatchanligi bilan eng yuqori sifatli namunalarni olish imkonini beradi. Ushbu usul keng ko'lamli ishlab chiqarishdan foydalanishni o'z ichiga olmaydi, chunki bu qo'lda bajariladigan protsedura. Yana bir taniqli usul - sanoat ishlab chiqarishiga ancha yaqin bo'lgan silikon karbid substratining termal parchalanish usuli. Grafen birinchi marta faqat 2004 yilda olinganligi sababli, u hali yaxshi o'rganilmagan va qiziqish ortib bormoqda.

Ushbu material uglerodning boshqa allotropik modifikatsiyalarining bir qismi emas: grafit, olmos - tashuvchilarning energiya spektrining o'ziga xos xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, u boshqa ikki o'lchovli tizimlardan farqli o'laroq, elektrofizik xususiyatlarni namoyish etadi.

Kashfiyot tarixi

Guruch. bitta.

Grafen ikki o'lchovli kristall bo'lib, olti burchakli panjarada joylashgan uglerod atomlarining bir qatlamidan iborat. Uning nazariy tadqiqotlari materialning haqiqiy namunalari olinishidan ancha oldin boshlangan, chunki grafenni uch o'lchamli grafit kristaliga yig'ish mumkin. Grafen bu kristall nazariyasini yaratish uchun asosdir. Grafit yarim metall bo'lib, grafenning tarmoqli tuzilishi ham tarmoqli bo'shlig'iga ega emas va valentlik zonasi va o'tkazuvchanlik zonasi o'rtasidagi aloqa nuqtalarida elektronlar va teshiklarning energiya spektri to'lqin vektorining funktsiyasi sifatida chiziqli bo'ladi. Massasiz fotonlar va ultrarelyativistik zarralar, shuningdek, neytrinolar shunday spektrga ega. Shuning uchun ular zonalarning aloqa nuqtasi yaqinidagi grafendagi elektronlar va teshiklarning samarali massasi nolga teng ekanligini aytishadi. Ammo bu erda shuni ta'kidlash kerakki, fotonlar va massasiz tashuvchilarning o'xshashligiga qaramay, grafendagi tashuvchilarni o'zlarining jismoniy tabiati bo'yicha noyob qiladigan grafenda bir nechta muhim farqlar mavjud, xususan: elektronlar va teshiklar fermionlardir va ular zaryadlangan. Hozirgi vaqtda ma'lum elementar zarralar orasida bu massasiz zaryadlangan fermionlarning analoglari mavjud emas.

Grafenni boshqa materialga yopishtirishga urinishlar oddiy qalam yordamida tajribalar bilan boshlandi va grafit qatlamlarini mexanik ravishda olib tashlash uchun atom kuchi mikroskopidan foydalanish bilan davom etdi, ammo muvaffaqiyatga erishmadi. Chet atomlari bilan grafitdan foydalanish (interkalatsiyalangan grafit) tekisliklararo bo'shliqqa (qo'shni qatlamlar orasidagi masofani oshirish va ularni ajratish uchun ishlatiladi) ham natijaga olib kelmadi.

Ikki o'lchovli plyonkaning barqarorlashuviga MBE yordamida o'stirilgan yupqa plyonkalarga o'xshash nozik SiO 2 dielektrik qatlami bilan bog'lanish mavjudligi tufayli erishildi. O'tkazuvchanlik, Shubnikov-de Haas effekti va Xoll effekti birinchi marta atom qalinligi bo'lgan uglerod plyonkalaridan iborat namunalar uchun o'lchandi.

Eksfoliatsiya usuli juda oddiy va moslashuvchan, chunki u barcha qatlamli kristallar, ya'ni zaif (tekislikdagi kuchlarga nisbatan) ikki o'lchovli kristallarning birlashtirilgan qatlamlari kabi ko'rinadigan materiallar bilan ishlashga imkon beradi.

Kvitansiya

Guruch. 2.

Grafen bo'laklari yuqori yo'naltirilgan pirolitik grafit yoki kish grafitiga mexanik ta'sir ko'rsatish orqali olinadi. Birinchidan, yopishqoq lentalar orasiga grafitning yupqa qatlamlari qo'yiladi va grafitning yupqa qatlamlari etarlicha yupqa qatlam olinmaguncha qayta-qayta maydalanadi (ko'p plyonkalar orasida qiziqish uyg'otadigan bir qatlamli bo'lishi mumkin). Peelingdan so'ng, grafit va grafenning yupqa plyonkalari bo'lgan yopishqoq lenta oksidlangan silikon substratga bosiladi. Bunday holda, substratning sobit qismlarida ma'lum o'lchamdagi va shakldagi plyonkani olish qiyin (plyonkalarning gorizontal o'lchamlari odatda taxminan 10 mkm). Optik mikroskop yordamida topilgan plyonkalar (ular 300 nm dielektrik qalinligida deyarli ko'rinmaydi) o'lchovlar uchun tayyorlanadi. Atom kuch mikroskopi yordamida grafit plyonkasining haqiqiy qalinligi aniqlanadi (grafen uchun u 1 nm ichida o'zgarishi mumkin). Elektron litografiya va reaktiv plazma qirqish yordamida plyonka shakli elektrofizik o'lchovlar uchun o'rnatiladi (Magnitotransport o'lchovlari uchun zal ko'prigi).

Polimer matritsaga o'rnatilgan grafenni olish usuli. Yana ikkita usulni eslatib o'tish kerak: radiochastotali plazma-kimyoviy bug'larning cho'kishi (PECVD), yuqori bosim va haroratda o'sish (HPHT). Ushbu usullardan faqat ikkinchisi katta maydonli plyonkalarni olish uchun ishlatilishi mumkin.

Grafit plyonkasi SiC substratining sirtining termal parchalanishi natijasida hosil bo'ladi (grafenni olishning bu usuli sanoat ishlab chiqarishiga ancha yaqin) va o'stirilgan plyonkaning sifati kristalning barqarorligiga bog'liq: C-stabillashtirilgan yoki Si- stabillashtirilgan sirt - birinchi holda, filmlarning sifati yuqoriroq . Ko'rsatilgandek, grafit qatlamining qalinligi bir qatlamdan ortiq bo'lishiga qaramay, o'tkazuvchanlikda faqat substratga yaqin joylashgan qatlam ishtirok etadi, chunki SiC-C interfeysida kompensatsiyalanmagan zaryad hosil bo'ladi. ikki materialning ish funktsiyalaridagi farq. Bunday plyonkaning xususiyatlari grafennikiga teng bo'lib chiqdi.

Grafenni olishning bir necha usullari mavjud bo'lib, ularni uchta katta guruhga bo'lish mumkin. Birinchi guruh grafenni olishning mexanik usullarini o'z ichiga oladi, ularning asosiysi mexanik eksfoliatsiya bo'lib, hozirgi vaqtda (2008) transport va optik o'lchovlar uchun mos bo'lgan ~10 mkm o'lchamdagi katta namunalarni olishning eng keng tarqalgan usuli hisoblanadi. Usullarning ikkinchi guruhi kimyoviy usullarni o'z ichiga oladi, ular material rentabelligining katta foizi bilan ajralib turadi, lekin kichik plyonka o'lchamlari ~ 10-100 nm. Oxirgi guruhga epitaksial usullar va SiC substratining termal parchalanish usuli kiradi, buning yordamida grafen plyonkalarini etishtirish mumkin.

Mexanik usullar

Yuqori yo'naltirilgan pirolitik grafit (HOPG - bu yuqori yo'naltirilgan pirolitik grafitning qisqartmasi bo'lib, u pirolitik grafitning yuqori yo'naltirilgan shakli bo'lib, c o'qi burchak yo'nalishi 1 darajadan past bo'ladi. U odatda mikroskopik tadqiqotlar uchun kalibrlash vositasi sifatida ishlatiladi. skanerlash tunnel mikroskopiyasi yoki atom kuchi mikroskopiyasi Tijoriy HOPG odatda 3300K da tavlanish yo'li bilan ishlab chiqariladi HOPG o'zini juda sof metallga o'xshatadi. Yorug'likni yaxshi aks ettiradi va elektr tokini yaxshi o'tkazadi, lekin juda mo'rt HOPG ko'plab ilmiy tajribalarda substrat sifatida ishlatilgan. ~100 mkm. Birinchidan, yopishqoq lentalar orasiga grafitning yupqa qatlamlari qo'yiladi va grafitning yupqa plyonkalari etarlicha yupqa qatlam olinmaguncha qayta-qayta maydalanadi (ko'p plyonkalar orasida qiziqish uyg'otadigan bir qatlamlilar ham bo'lishi mumkin). Peelingdan so'ng, grafit va grafenning yupqa plyonkalari bo'lgan yopishqoq lenta oksidlangan silikon substratga bosiladi. Bunday holda, substratning sobit qismlarida ma'lum o'lchamdagi va shakldagi plyonkani olish qiyin (plyonkalarning gorizontal o'lchamlari odatda taxminan 10 mkm). Optik mikroskop yordamida topilgan plyonkalar (ular 300 nm dielektrik qalinligida deyarli ko'rinmaydi) o'lchovlar uchun tayyorlanadi. Atom kuch mikroskopi yordamida grafit plyonkasining haqiqiy qalinligi aniqlanadi (grafen uchun u 1 nm ichida o'zgarishi mumkin). Grafenni yorug'likning Raman tarqalishi yoki kvant Hall effektini o'lchash orqali ham aniqlash mumkin. Elektron litografiya va reaktiv plazma qirqish yordamida plyonka shakli elektrofizik o'lchovlar uchun o'rnatiladi (Magnitotransport o'lchovlari uchun zal ko'prigi).

Yana bir usul shundaki, oksidlangan kremniy substrat epoksi elim bilan qoplangan (ishda qalinligi ~ 10 mkm bo'lgan qatlam ishlatilgan) va press yordamida elimga yupqa grafit plitasi bosilgan. Grafit plitasini yopishqoq lenta bilan olib tashlaganingizdan so'ng, yopishqoq yuzada grafen va grafitli joylar qoladi. Grafitning qalinligi Ramanning tarqalishi yordamida aniqlandi va grafenning p?r?zl?l??? atom kuch mikroskopi bilan o'lchandi, u atigi 0,16 nm (kremniy substratdagi grafenning p?r?zl?l???n?n yarmi) bo'lib chiqdi.

Epitaksiya va parchalanish

Yana ikkita usulni eslatib o'tish kerak: radiochastotali plazma-kimyoviy bug'larning cho'kishi (PECVD), yuqori bosim va haroratda o'sish (HPHT). Ushbu usullardan faqat ikkinchisi katta maydonli plyonkalarni olish uchun ishlatilishi mumkin.

Grafit plyonkasi SiC substratining sirtining termal parchalanishi natijasida hosil bo'ladi (grafenni olishning bu usuli sanoat ishlab chiqarishiga ancha yaqin) va o'stirilgan plyonkaning sifati kristalning barqarorligiga bog'liq: C-stabillashtirilgan yoki Si- stabillashtirilgan sirt - birinchi holda, filmlarning sifati yuqoriroq . Grafit qatlamining qalinligi bir qatlamdan ortiq bo'lishiga qaramay, o'tkazuvchanlikda faqat substratga yaqin joylashgan bitta qatlam ishtirok etadi, chunki ishdagi farq tufayli SiC-C interfeysida kompensatsiyalanmagan zaryad hosil bo'ladi. Ikki materialning vazifalari. Bunday plyonkaning xususiyatlari grafennikiga teng bo'lib chiqdi.

Grafenni ruteniy va iridiyning metall substratlarida o'stirish mumkin.

Boshqa usullar

Agar elektrodlar orasiga pirolitik grafit kristalli va substrat qo'yilsa, elektr maydoni ta'sirida sirtdan grafit bo'laklari, ular orasida atom qalinligidagi plyonkalar bo'lishi mumkin. oksidlangan silikon substrat. Buzilishning oldini olish uchun (elektrodlar o'rtasida 1 dan 13 kV gacha kuchlanish qo'llanilgan), elektrodlar orasiga yupqa slyuda plitasi ham qo'yilgan.

Bir qatlamli plyonkalargacha grafitning yupqa qatlamlarini olish uchun mexanik usulning ba'zi bir kombinatsiyasi (grafit novdasi kremniy substrat yuzasiga yoziladi, vayron bo'lganda plyonkalar qoladi) va keyingi yuqori haroratli tavlanish (~ 1100 K) qo'llaniladi. .

Mumkin ilovalar

Grafen asosida ballistik tranzistorni qurish mumkin, deb ishoniladi. Grafen asosidagi dala effektli tranzistor, shuningdek, kvant interferension qurilmasi olindi. Tadqiqotchilarning fikricha, ularning yutuqlari tufayli grafen nanoelektronikaning yangi sinfi asosiy tranzistor qalinligi 10 nm gacha bo‘lgan yaqin orada paydo bo‘ladi. Ushbu tranzistor katta qochqin oqimiga ega, ya'ni yopiq va ochiq kanal bilan ikkita holatni ajratish mumkin emas.

Ushbu materialda tarmoqli bo'shlig'i yo'qligi sababli qochqin oqimlarisiz dala effektli tranzistorni yaratishda to'g'ridan-to'g'ri grafendan foydalanish mumkin emas, chunki darvozaga qo'llaniladigan har qanday kuchlanishda qarshilikning sezilarli farqiga erishish mumkin emas. Ya'ni, ikkilik mantiq uchun mos bo'lgan ikkita holatni o'rnatish mumkin emas: o'tkazuvchan va o'tkazmaydigan . Avval siz qandaydir tarzda ish haroratida etarli kenglikdagi tarmoqli bo'shlig'ini yaratishingiz kerak (shuning uchun termal hayajonlangan tashuvchilar o'tkazuvchanlikka ozgina hissa qo'shadi). Ishda mumkin bo'lgan usullardan biri taklif etiladi. Ushbu maqolada biz grafendan shunday kenglikdagi yupqa chiziqlar yaratishni taklif qilamizki, kvant o'lchami ta'siri tufayli tarmoqli bo'shlig'i xona haroratida (28) qurilmaning dielektrik holatiga (yopiq holatga) o'tish uchun etarli bo'ladi. meV 20 nm chiziq kengligiga to'g'ri keladi). Yuqori harakatchanlik (harakatchanlik mikroelektronikada qo'llaniladigan kremniyga nisbatan yuqori ekanligini bildiradi) 10 4 V sm?1 s?1 tufayli bunday tranzistorning tezligi sezilarli darajada yuqori bo'ladi. Ushbu qurilma allaqachon tranzistor sifatida ishlashga qodir bo'lishiga qaramay, uning uchun eshik hali yaratilmagan.

Qo'llashning yana bir sohasi - bu plyonka yuzasiga biriktirilgan individual kimyoviy molekulalarni aniqlash uchun juda sezgir sensor sifatida grafendan foydalanish.

Grafenni qo'llashning yana bir istiqbolli sohasi - uni qayta zaryadlanuvchi oqim manbalari sifatida ishlatish uchun ionistorlarda (superkondansatkichlarda) elektrodlar ishlab chiqarishda foydalanish.