grafen

PREzentacja

grafen

Start

grafen

czym właściwie jest?

Czym jest grafen

Grafen – płaska struktura złożona z atomów węgla, połączonych w sześciokąty. Materiał kształtem przypomina plaster miodu, a ponieważ ma jednoatomową grubość, w przybliżeniu jest strukturą dwuwymiarową. Grafen jest przedmiotem zainteresowania przemysłu ze względu na różne właściwości, w tym elektryczne i mechaniczne.

grafen

skąd się wziął?

Opis teoretyczny grafenu powstał już w 1947 roku w pracy Philipa Russella Wallace’a. Jednak w tym samym okresie opublikowano szereg innych prac, w których dowodzono, że grafen, jak i inne materiały dwuwymiarowe, nie może istnieć w przyrodzie. Na początku lat 80. XX wieku pojawiały się artykuły wskazujące, że grafen można jednak wytworzyć. W 2004 roku nastąpił przełom – równolegle grupy z Georgii i Manchesteru pokazały, że wytworzony przez nie grafen ma unikatowe własności, które zostały przewidziane wcześniej. Po tych publikacjach nastąpiło przyspieszenie prac nad grafenem – zarówno pod kątem czysto badawczym, jak i w poszukiwaniu coraz lepszych metod wytwarzania tego materiału. Za badania grafenu Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow z Uniwersytetu w Manchesterze otrzymali w 2010 Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Krótko o grafenie- film

grafen

właściwości

WŁAŚCIWOŚCI

• Bardzo dobry przewodnik ciepła oraz elektryczności
• Ma niewielką rezystywność( wielkość pod względem przewodnictwa)
• Jego wytrzymałość na rozciąganie wynosi 130 GPa (paskala)
• Membrana z utlenionego grafenu nie przepuszcza gazów, nawet atomów helu, a równocześnie jest całkowicie przenikalna dla wody. Daje to możliwość zastosowania do filtracji w temperaturze pokojowej, np. w celu zwiększenia stężenia alkoholu bez użycia klasycznej destylacji czy wymrażania oraz taniej produkcji wody pitnej z wody morskiej
• Bardzo wysoka ruchliwość elektronów w temperaturze pokojowej
• Warstwa o grubości jednego atomu pochłania 2,3% białego światła

grafen

proces otrzymywania

otrzymywanie

Grafen wytwarzany jest wieloma technikami, a każda z nich ma inne potencjalne zastosowanie w nauce i przemyśle. Odrywanie mechaniczne przy użyciu taśmy klejącej z wysokiej jakości grafitu służy głównie do zastosowań czysto badawczych. Tak otrzymany grafen ma bardzo wysokie parametry ruchliwości, jednak nie może być wytwarzany na masową skalę ze względu na ogromne koszty. Do niedawna tak otrzymywany grafen był wręcz najdroższym materiałem na świecie. Jednak w nauce nie są potrzebne duże rozmiary próbek, a tego rodzaju grafen można wytwarzać w każdym laboratorium. Inną techniką wytwarzania grafenu jest osadzanie z fazy gazowej na metalach. Proces ten zapoczątkowali Koreańczycy, a obecnie jest wykorzystywany w wielu laboratoriach na świecie. Dzięki tej metodzie grafen stał się znacznie tańszym materiałem – koszt produkcji grafenu na miedzi jest znacząco niższy, niż grafenu otrzymywanego z grafitu. Jednocześnie grafen na miedzi ma znacząco niższą jakość niż grafen otrzymywany z grafitu i nie może być zastosowany do produkcji urządzeń elektronicznych. Można go jednak stosować do budowy ekranów dotykowych, gdzie jakość nie jest tak bardzo istotna. Kolejną metodą jest wytwarzanie grafenu na węgliku krzemu. Metoda wytwarzania węgla przez rozkład termiczny SiC pozwala na otrzymywanie dużych powierzchni wysokiej jakości grafenu. Koszt podłoża SiC jest jednak bardzo wysoki. W 2011 roku Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych oraz Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego poinformowały o wspólnym opracowaniu technologii pozyskiwania dużych fragmentów grafenu o najlepszej dotąd jakości. W 2015 roku Politechnika Łódzka zaprezentowała urządzenie do produkcji grafenu z fazy ciekłej, które pozwala na wytwarzanie wielkopowierzchniowych płatów grafenowych. Swój produkt nazwała HSMG (z ang. Grafen metalurgiczny o wysokiej wytrzymałości). Jego komercjalizacją oraz opracowaniem aplikacji zajmuje się powołana do tego celu instytucja spin off Advanced Graphene Products Sp. z o.o. W 2016 r. metoda HSMG uzyskała ochronę patentową w UE i USA.

grafen

jakie ma zastosowania?

Zastosowanie

Materiał ten ma szansę w wielu zastosowaniach zastąpić krzem. Naukowcy amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology (MIT) zbudowali eksperymentalny grafenowy mnożnik częstotliwości, co oznacza, że jest w stanie odebrać przychodzący sygnał elektryczny pewnej częstotliwości i wyprodukować sygnał wychodzący, stanowiący wielokrotność tej częstotliwości. W tym przypadku układ stworzony przez MIT podwoił częstotliwość sygnału elektromagnetycznego. Testy przeprowadzone przez IBM wykazały, że tranzystor wytworzony w procesie technologicznym jest w stanie osiągnąć częstotliwość do 100 GHz. Przezroczystość i znakomite przewodnictwo sprawiają, że grafen nadaje się do wytwarzania przejrzystych, zwijanych w rolkę wyświetlaczy dotykowych oraz do produkcji energii odnawialnej z modułów fotowoltaicznych i magazynowania jej w wysokowydajnych akumulatorach bądź także w superkondensatorach. Czujniki z grafenu potrafią zarejestrować obecność pojedynczej cząsteczki szkodliwej substancji, znajdując zastosowanie np. w monitoringu i ochronie środowiska.

dziękuje za uwage!

Martyna Dach 2g

ViDEO