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Anwendung von Graphen

Oct 12, 2019   Seitenansicht:544

Gegenwärtig wird die Anwendung von Graphen in der heutigen Gesellschaft immer häufiger eingesetzt. Es lohnt sich, von der Anwendung von Graphen zu lernen. Jetzt haben wir ein tiefes Verständnis für die Anwendung von Graphen.

Graphen (Graphen) ist ein zweidimensionales Material, das aus Kohlenstoffatomen mit sp2-hybridisierten Orbitalen besteht und ein hexagonaler flacher Film mit Wabengitter ist. Graphen wurde lange Zeit als eine hypothetische Struktur angesehen, die allein in [1] stabil war, bis 2004 der britische Physiker an der Universität von Manchester Andre Geim und Konstantin-Kohlenstoff erfolgreich in den Experimenten Graphen aus Graphit isolierte und bestätigte, dass es allein existieren kann, zwei Menschen auch wegen "Pionier-Experiment" in 2-d-Graphen-Materialien, teilte den Nobelpreis für Physik 2010.

Graphen ist derzeit das dünnste und härteste Nanomaterial der Welt [3]. Es ist fast vollständig transparent und absorbiert nur 2,3% des Lichts. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ist so hoch wie 5300 w / m K, höher als der von Kohlenstoffnanoröhren und des Diamanten, die Raumtemperatur beträgt mehr als 15000 cm² / v Elektronenmobilität und ist höher als bei Kohlenstoffnanoröhren oder Siliziumkristallen * Die Widerstandsrate beträgt nur etwa 10-6 Ω · cm und ist damit niedriger als die von Kupfer oder Silber als spezifischer Widerstand der kleinsten Materialien [1] der Welt. Aufgrund ihres extrem niedrigen spezifischen Widerstands bewegen sich Elektronen extrem schnell und werden daher voraussichtlich zur Entwicklung einer neuen Generation elektronischer Komponenten oder Transistoren verwendet, die dünner sind und Elektrizität schneller leiten. Da Graphen im Wesentlichen ein transparenter, guter Leiter ist, können damit auch transparente Touchscreens, Lichtpaneele und sogar Solarzellen hergestellt werden.

Eine weitere Eigenschaft von Graphen ist seine Fähigkeit, den Quanten-Hall-Effekt bei Raumtemperatur zu beobachten.

Die Struktur von Graphen

Graphen ist eine zweidimensionale (2D) periodische Wabengitterstruktur aus einem Sechs-Kohlenstoff-Ring, die mit Null-Dimension (0D) zu Fulleren verzogen, in eindimensionale (1D) Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) gerollt oder in drei gestapelt werden kann -dimensionaler (3D) Graphit. Daher ist Graphen die Grundeinheit von Graphitmaterialien. Die grundlegende Struktureinheit von Graphen ist der stabilste Benzol-Sechs-Elemente-Ring in organischen Materialien, der derzeit das idealste zweidimensionale Nanomaterial ist. Die ideale Graphenstruktur ist ein planares hexagonales Gitter, das als Schicht abgestreifter Graphitmoleküle angesehen werden kann. Jedes Kohlenstoffatom ist sp2-hybridisiert und trägt eines der verbleibenden Elektronen im p-Orbital bei, um eine große PI-Bindung zu bilden. Die PI-Elektronen können sich frei bewegen, was Graphen eine gute elektrische Leitfähigkeit verleiht. Die zweidimensionale Graphenstruktur kann als Grundbaustein für die Bildung aller kohlenstoffhaltigen sp2-Hybridmaterialien angesehen werden.

Optische Eigenschaften von Graphen

Nach theoretischer Ableitung kann Graphen \ PI \ alpha \ ca.2,3% \, \ absorbieren! Das weiße Licht; Das \ alpha \ \! Ist die Feinstruktur konstant? Eine Monoschicht sollte nicht so viel Opazität haben, und die einzigartigen elektronischen Eigenschaften von Monolayer-Graphen erzeugen diese erstaunliche Menge an Opazität. Aufgrund der ungewöhnlichen energiearmen Elektronenstruktur von Graphen treffen sich Elektronen und konische Lochbänder am Dirac-Punkt, was zu diesem Ergebnis führt. Die Ergebnisse waren korrekt und die Opazität von Graphen betrug 2,3 \ pm0,1% \, \! Ist unabhängig von der Wellenlänge der Lichtwelle. Aufgrund der geringen Genauigkeit kann dieses Verfahren jedoch nicht zur Bestimmung der Messstandards für Feinstrukturkonstanten verwendet werden.

Kürzlich haben Experimente gezeigt, dass bei Raumtemperatur die Energielücke von Graphen von 0 eV auf 0,25 eV (ungefähr 5 Mikron Wellenlänge) eingestellt werden kann, indem eine Spannung an einen Doppelschicht-Graphen-Feldeffekttransistor mit einer Doppelgate-Elektrode angelegt wird. Durch Anlegen eines externen Magnetfelds kann die optische Reaktion der Graphen-Nanoribone auch an den Terahertz-Frequenzbereich angepasst werden [48].

Wichtige Eigenschaften von Graphen

Bevor Graphen entdeckt wurde, glaubten die meisten, wenn nicht alle Physiker, dass thermodynamische Schwankungen bei endlichen Temperaturen keinen zweidimensionalen Kristall existieren ließen. Seine Entdeckung erschütterte also sofort die Physik der kondensierten Materie. Obwohl sowohl die theoretische als auch die experimentelle Welt glauben, dass eine perfekte zweidimensionale Struktur bei nicht absolutem Nullpunkt nicht stabil sein kann, wurde Monoschichtgraphen experimentell hergestellt. Dies kann auf mikroskopische Falten in Graphen im Nanobereich zurückzuführen sein.

Graphen zeigt auch einen anomalen ganzzahligen Quanten-Hall-Effekt. Die Hallenleitfähigkeit = 2e2 / h, 6e2 / h, 10e2 / h ... ist ein ungerades Vielfaches der Quantenleitfähigkeit und kann bei Raumtemperatur beobachtet werden. Dieses Verhalten wurde von Wissenschaftlern als "Elektronen in Graphen gehorchen der relativistischen Quantenmechanik und haben keine statische Masse" interpretiert. Im Jahr 2007 behaupteten drei Arbeiten, dass ein fraktioniertes Verhalten des Quanten-Hall-Effekts im pn- oder pnp-Übergang von Graphen beobachtet wurde. Physikalische Theoretiker haben dieses Phänomen erklärt. Im Jahr 2009 beobachteten zwei US-Teams fraktionierte Quanten-Hall-Effekte mit einer Population von 1/3 in Graphen. Professor heim hat über den Fortschritt und die Zukunftsaussichten der Graphenforschung geschrieben.

Zusammenfassend hat dieses Papier die Anwendung von Graphen erklärt, und ich glaube, Sie haben ein immer tieferes Verständnis für die Anwendung von Graphen. Ich hoffe, dass dieses Papier für alle Leser von großem Bezugswert sein kann.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.

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