Графен

[Last roman]

и по-подробна статия за асансьорите:

http://news.nationalgeographic.com/news/2014/03/140306-space-elevator-partial-orbit-science/?utm_source=Facebook&utm_medium=Social&utm_content=link_fb20140305news-spaceeve&utm_campaign=Content&sf2049208=1#close-modal

Редактирано Март 5, 2014 от Last roman

[Joro-01]

НАПРАВИ СИ САМ ГРАФЕН: Как да си направим едноатомен слой графит използвайки лепкава лента (срещал съм го и с тиксо /скоч/ )

D.I.Y. Graphene: How to Make One-Atom-Thick Carbon Layers With Sticky Tape

Ще превеждам ако трябва но не сега

Ще сложа и други начини

[Joro-01]

Този метод е разработен от Гейм и Новоселов - руски емигранти работещи в университета Манчестър

http://phys.uni-sofia.bg/~cpopov/Almanah-pdf/III%20chast/08%20Nobelisti/09%20Nobel_2010.pdf

За откритието си получават Нобелова награда през 2010 г.

[Last roman]

Материал на бъдещето "изцежда" електричество от атмосферата

Списание Nature съобщава за ново откритие, което увеличава възможността мембрани от графен да се използват в бъдеще като "сито" , което да "прецежда" водороден газ директно от атмосферата, за да генерира електричество.

"Ние сме много развълнувани от този резултат, тъй като отваря цяла нова област на обещаващи приложения за графена в енергийните технологии на чиста и водородна основа", казва съавторът на проучването Марчело Лозада-Идалго (Marcelo Lozada-Hidalgo) от Манчестърския университет.

Графенът е изолиран за първи път през 2004 г. от ръководителя на изследването, професор Андре Гейм, който е награден с Нобелова награда през 2010 г. за работата си.

Графенът има дебелина само един атом и е известен като най-тънкия материал на Земята. Той е 200 пъти по-здрав от стоманата и непроницаем за всички газове и течности, с голям потенциал за употреба, например антикорозионни покрития, непромокаеми опаковки и дори супертънки презервативи.

Графенът не пропуска и най-малките атоми, тези на водорода, но изследователският екип решил да провери дали би пропуснал и протони, т.е. водородни атоми, на които е отстранена електронната обвивка.

Въпреки очакванията си, те открили, че протоните преминат сравнително лесно през ултраздравия материал, особено при високи температури и ако филмите от графен са покрити с наночастици от платина, която играе ролята на катализатор.

Констатацията на Гейм и Лозада-Идалго е, че графенът в бъдеще би могъл да се използва в мембрани, провеждащи протони - важен елемент от технологията на горивните клетки, използвани в някои съвременни автомобили.

Екипът също така установи, че мембраните от графен може да се използват за извличане на водород от атмосферата, което предполага възможност за комбинирането им с горивни клетки, за да се направят мобилни електрически генератори, задвижвани с нищо повече, освен от малки количества водород от въздуха.

"По същество, изпомпваме нашето гориво от атмосферата и получаваме електричество от него", казва Гейм.

http://offnews.bg/news/Технологии_18759/Материал-на-бъдещето-изцежда-електричество-от-атмосферата_423527.html

[Joro-01]

Графнът е по-здрав от квелар кокато се обстрелва със микросачми със скорост 9 МАХ-а (90пъти звуковата скорост) .

Това е заглавието, текстът казва че скоростта е около 3 МАХ (6700 MPH /мили в час/).. Както и да е.

Стъклените сачми с големина микрон /и/ се ускоряват чрез лазерни импулси.. Листовете състоящи се от между 30 и 300 слоя са абсорбирали удара много по-добре от другите материали, като са се деформирали в конус преди да се спукат.

http://www.engadget.com/2014/11/28/graphene-stronger-than-kevlar-when-blasted-with-mach-9-microbull/?ncid=rss_truncated

[Joro-01]

И още един материал относно предходния пост:

http://phys.org/news/2014-11-graphene-bullet.html

[Last roman]

Да се върнем на темата с космическия асансьор:

Super-Strong Diamond Nanothread Has People Dreaming Of A Space Elevator

 

http://www.iflscience.com/technology/super-strong-diamond-nano-thread-could-make-your-carbon-nanotubes-dreams-reality

 

[fantom4e]

 

Графенът е единичен слой от sp2 въглеродни атоми подредени в хексагонална структура.

 

Алотропна форма	Графит	Диамант	Фулерен	Нанотръба	Графен
хибридизация	sp2	sp3	основно sp2	основно sp2	sp2
кристална система	хексагонална	октаедрична	тетрагонална	ейкози (20)	хексагонална
измерение	3	3	0	1	2
специфична повърхност [m2/g]	10-20	20-160	80-90	~1300	~1500
плътност[g/cm3]	2.09-2.23	3.5-3.53	1.72	>1	>1
оптични свойства	едноосна	изотропен	не линейна	зависи от структурата	97.7% прозрачност
топлопроводимост [W/mK]	1500-2000a 5-10b	900-2320	0.4	3500	4840-5300
твърдост	висока	ултрависока	висока	висока	най-висока
електронни свойства	проводник	изолатор, полупроводник	изолатор	метал, полупроводник	полуметал, zero gap полупроводник
електропроводимост [S/cm]	анизотропен 2-3 х 104a, 6b	-	10-10	зависи от структурата	2000
a – a-ос
b – с-ос

 

След получаването на Нобелова награда през 2004 на екипа от университета в Манчестър графена придобива голяма известност. Въпреки големия интерес и продължаващите експериментални успехи, широкото приложение на графена е все още на етап предстоящо. Това се дължи главно на невъзможността да се произведат проби с високо качество и в подходящ мащаб. Предизвикателството е двойно защото свойствата зависят както от броя слоеве така и от цялостното качество на кристалната решетка.

Oсновно методите за получаване могат да се разделят на две стратегии: „отгоре-надолу“ и съответно „отдолу-нагоре“. Схематично това е показано на фигура 1.

Фигура 1. Схематичен модел на химични стратегии за получаване на графен от различни въглеродни източници.

 

 

1.1 Суха Ексфолиация

Суха ексфолиация е разделянето на слоести материали ( LM ) в атомично тънки листове чрез механични, електростатични или електромагнитни сили във въздух, вакуум или инертни среди.

 

1.1.1 Микромеханично разцепване/отлюспване (ексфолиация)

Микромеханично разцепване (MC – micromechanical cleavage), известно също като микромеханична ексфолиация, е било използван в продължение на десетилетия при израстването на кристали и от кристалографи. През 1999г., [ Lu, X., et al., Nanotechnology, (1999) 10, 269.] докладва контролиран метод за разцепване на графит, получавайки филми, състоящи се от няколко слоя от графен, също предлага че: " при триене на повърхността на графит с други плоски повърхности може да бъде начин да се получи многослоен или дори единичен слой атомна слоеве на графитни плочи". Това е и което е демонстрирано, постигане на единичен слой от графен (SLG) с помощта на самозалепваща се лента, от Новоселов и колектив, както е показано на фиг . 2а.

Микромеханичното разцепване сега е оптимизирано до получаване на високо качествени слоеве, с размер ограничен от единичните кристални зърна в изходния графит, от порядъка на милиметри. Броят на слоевете могат да бъдат лесно идентифицирани чрез еластично и нееластично разсейване на светлината. Рамановата спектроскопия също позволява бърз и неразрушаващ контрол над допанти, дефекти, деформации, неподреденост, химични модификации и ръбове. Въпреки че MC е непрактично за мащабни приложения, все пак е предпочитан за фундаментални изследвания. Наистина, по-голямата част от основните резултати и прототипни устройства са получени с помощта на MC люспи. По този начин, MC остава образец за изследване както за нова физика така и за нови концептуални устройства.

 

Фигура 2. Схематична илюстрация на основните техники за получаване на графен.

 

 

1.1.2 Анодно лепене/свързване

Анодно свързване се използва широко в производството на микроелектроника при свързване на Si пластини за стъкло, за да ги предпази от влага или замърсявания. При използване на тази техника, за получаване на SLGs, графита се притиска първо върху стъклена подложка, прилага се високо напрежение от няколко kVs (0,5 - 2 кВ) между графита и металния гръб ( Виж фиг 2б), след това стъклената подложка се нагрява (~ 200 ° С в продължение на 10 - 20 минути). Ако положително напрежение се прилага отгоре на пакета то отрицателен заряд се натрупва в стъклената страна обърната към положителния електрод, което води до разграждане на Na₂O примеси в стъклото на Na⁺ и O^2- йони. Na⁺ се движи към задниата контактна плоскост, а O^2- остава на границата графит-стъкло, образувайки силно електрическо поле на границата. Няколко слоя графит, включително единични слоеве графен (SLGs) се захващат към стъклото чрез електростатично взаимодействие и след това може да се отцепят. Температура и/или приложено напрежение може да се използват за контрол на броя на слоевете и размер им. Докладвани са получени люспи с размер до около 1mm ширина.

1.1.3 Лазерна аблация и фотоексфолиация

Лазерна аблация е процес при който се използва лазерен лъч за отстраняване на материал чрез изпаряване или сублимация. При слоистите материали, какъвто е графита, облъчването с лазер не води до изпарение или сублимация на въглеродните атоми, а до отделяне на цял или частичен слой, този процес се нарича фотоексфолиация.

Лазерните импулси може по принцип да бъдат използвани за аблация/ексфолиация на графитни люспи, фиг. 2(в). Всъщност , настройването на енергийната плътност на лазера позволява точното моделиране на графена. Процесът се осъществява най-добре в инертни или вакуумни условия, тъй като при работа на въздух се окисляват графеновите слоеве. Обещаващи резултати са демонстрирани и в течности.

1.2 Ексфолиация в течна фаза (LPE)

 

Продължението следва....

Редактирано Декември 17, 2015 от fantom4e
липсваща фиг 2

[nik1]

Аз лично прочетох за графена за първи път през 1997 година (във връзка с мое научно съобщение/представяне в ЦЛАФОП за композитните материали ; ЦЛАФОП вече я няма тоя вид)

Сега разбирам че са добили през 2010, демек, излиза че е най-късно синтезираната алотропна форма на въглерода, и освен това като чета за потенциалните му приложения- чак ме заболява главата

https://en.wikipedia.org/wiki/Potential_applications_of_graphene

С получаването на фулерените (в България) май нямаше никакъв напредък и нищо не се случи; за nanotubes (получаването им)- имаше някакъв шум в България ( отдавана съм далеч от БАН и от "карбоновата материя", а и не ми е особено интересна както преди),  ха дано нещо се развие с графена; На "фанточме" му пожелавам успех..

[fantom4e]

1.2 Ексфолиация в течна фаза (LPE)

Графит може да се раздели на слоеве в течна среда, използвайки ултразвук за получаването на отделни слоеве графен. Метода, включва три стъпки: 1 дисперсия на графит в разтворител; 2 ексфолиация; 3 "пречистване". Третата стъпка е необходима за да се отдели графена от графитнтите люспи, и обикновено се извършва чрез ултрацентрофугиране.

Добивът при този метод може да се определи по различни начини. Добив по тегло, Y_W [%], се определя като съотношението между теглото на диспергираният графитен материал и на изходните графитни люспи [Hernandez, Y., et al., Nature Nanotech (2008) 3, 563]. Добивът по процент SLG (единичен слой графен), Y_M [%], се определя като съотношението между броя на SLG и общия брой на графитните люспи в дисперсията. Добивът по тегло SLG, Y_WM [%], се определя като съотношение между общата маса диспергиран SLG и общата маса на всички диспергирани люспи. Y_M не дава информация за размера на SLG, а само върху общата сума на графитен материал.Y_M [%], Y_WM [%] са по-подходящи за количествено определяне на размера на диспергирани SLGs.

За да се определи Y_W, е необходимо да се изчисли концентрацията С [грама/литър] диспергиран графитен материал. С обикновено се определя чрез оптична абсорбционна спектроскопия (OAS) [Lotya, M., et al., J Am Chem Soc (2009) 131, 3611., Lotya, M., et al., ACS nano (2010) 4, 3155., Khan, U., et al., Small (2010) 6, 864., Hasan, T., et al., Phys Status Solidi B (2010) 247, 2953., Torrisi, F., et al., ACS Nano, (2012) 6, 2992.], използвайки Закона за Beer-Lambert: А = αCl, където А е абсорбцията, l [m] е дължината на оптичния път и α [L/gm] е абсорбционен коефициентът. α може да бъде определена експериментално чрез филтриране на известен обем дисперсия, например чрез филтруване под вакуум, върху филтър с известна маса , и измерване на получената маса с помощта на микровезна. Филтрираният материал се състои от графитни люспи, повърхностно активни вещества или разтворители и остатъци от филтъра. Термогравиметричен (TGA) анализ се използва за определяне процента на теглото на графитния материал в него, като по този начин дава възможност за измерване на С. Въпреки това, различни стойности на α са получени както за водна така и за неводна дисперсия. Hernandezи колектив, получават α ~ 2460 mL/mg m за различни разтворители: N-метилпиролидон (NMP), Dimethylformamyde (DMF), бензил бензоат, γ -бутиролактон (GBL), и др, докато Khan съобщава α ~ 3620 mL/mg m за NMP. Lotya дава α ~ 1390 mL/mg m за водни дисперсии с натриев додецилбензолсулфонат (SDBS), докато с друго изследване отчита по-висока стойност, ~ 6600 mL/mg m, за водна дисперсия, но с натриев холат (SC). Lotya обяснява това несъответствие с разлики в двете дисперсии. Въпреки това, α не може да бъде зависима от C (в действителност тя се използва за определянето му), т.е. необходима е още работа, за да се определи точната му стойност.

Y_M обикновено се определя чрез трансмисионна електронна микроскопия (ТЕМ) и атомно силова микроскопия (AFM). С ТЕМ, N (броя графенови слоеве) може да се преброят както анализирайки краищата на люспите, така и с помощта на електронна дифракция [Ferrari, A. C., et al., Phys Rev Lett (2006) 97, 187401]. AFM позволява оценяването на N чрез измерване височината на отложените люспи и делене на междуслойното разстоянието на графита. Въпреки това, оценяване на височината на SLG чрез AFM зависи от субстрата/подложката. В действителност, върху SiO₂, SLG може да имат височина от ~ 1 нанометра [Novoselov, K. S., et al., PNAS (2005) 102, 10451], а върху люспа от слюда ~ 0.4 нанометра [Valles, C., et al., J Am Chem Soc (2008) 130, 15802]. Раманова спектроскопия се използва за определяне на Y_M[Hernandez, Hasan, Torrisi] и за потвърждаване на резултатите, получени с TEM и/или AFM. Y_WM [%] изисква оценка на площта на SLGs, различна от N. Все пак, въпреки че е по-точен (дава количествена и качествена информация за SLGs), спрямо Y_W и Y_M, определянето е времеотнемащо. Всъщност, доколкото е известно, е бил използван само веднъж - когато е дефиниран [Hernandez]. Въпреки това, за полу-количествена оценка на дисперсия Y_M и Y_W трябва да се представят, ако Y_WM не е.

1.2.1 Ексфолиация на графит

1.2.2 Ексфолиация на окислен графит

1.2.3 Ексфолиация на интеркалиран графит

 

1.3 Израстване върху SiC

Acheson през 1896г. съобщава че е произвел графит от SiC (Фигура 2д), с цел да го използва като лубрикант [Acheson, E. G., U.S. Patent 615648, (1896) ]. Механизмът на растеж е изследван от 1960 [Badami, D. V., Nature (1962) 193, 570 (1962),  Van Bommel, A., et al., Surf Sci (1975) 48, 463]. И двете повърхности (Si (0001) и С (000-1)) нагряти при висока температура (> 1000° С), при ултра-висок вакуум (UHV) се графитизират поради изпаряването на Si [Forbeaux, I., et al., Appl Surf Sci (2000) 162, 406, Charrier, A., et al., J Appl Phys (2002) 92, 2479]. Източници [Berger, C., et al., J Phys Chem B (2004) 108, 19912,  Emtsev, K. V., et al., Nature Mater (2009) 8, 203] докладват производство на графенови филми чрез термично разлагане на SiC-над 1000° C. Термичното разлагане не е самоограничаващ се процес, и области с различна дебелина на слоя могат да съществуват на един и същ SiC кристал Emtcev.

Върху Si (0001), графена расте на върху богати на С 6√3 × 6√3R30° реконструкция спрямо SiC повърхност, наречен "буферен слой". Той се състои от въглеродни атоми, подредени в подобна на графен, със структура на пчелна пита, но без да има електронни свойства характерни за графена, тъй като ~ 30% са ковалентно свързани към Si [Emtsev, K. V., et al., Phys Rev B (2008) 77, 155303,  Varchon, F., et al., Phys Rev Lett (2007) 99, 126805]. Буферният слой може да бъде отделен от Si (0001) с вмъкване на водород, превръщайки се в квази-свободно стоящ SLG с типични линейни π връзки [Hass, J., et al., Phys Rev Lett (2008) 100, 125504,  Riedl, C., et al., Phys Rev Lett (2009) 103, 246804,  Goler, S., et al., Carbon (2013) 51 249].

Израстването на графен върху SiC обикновено е наричано "епитаксиален растеж" [http://mrsec.gatech.edu/epitaxial - graphene], въпреки че има много голямо решетъчно несъответствие между SiC (3.073Å) и графен (2.46 А) и въглеродът се самопренарежда в шестоъгълна структура след като Si се изпари от SiC субстрат, вместо да бъде отложен върху повърхността на SiC, както ще се случи в традиционния процес на епитаксиален растеж. Използването на термина "Epitaxial" като прилагателна форма на епитаксия е подложенa на вече известни критики през шейсетте години, защото е неправилно от филологическа гледна точка [Schneider, H. G., Acta Cryst (1963) 16, 1261]. Epitactic е правилната форма. В 1965г epitaxic се препоръчва за справка [Pashley, D. W., Adv Phys (1965) 14, 327]. Въпреки това, думата "Епитаксиално" сега се използва широко и всеки опит да се промени не е реалистичен.

Основно се разграничават два процеса на епитаксиален растеж в зависимост от субстрата, хомо- и хетеро-епитаксия. В случай на homoepitaxy субстрата е от същия състав и структура, като израстващия филм, докато в случая на heteroepitaxy субстрата е от различен състав и не може да бъде перфектно съчетан с решетката.

 

Желателно е графена да израства върху решетка съвпадаща изоструктурно със субстрат, за да се сведът до минимум дефектите, като misfit dislocations, както е при традиционните полупроводници [Pashley, D. W., Proc Phys Soc Lond A (1956) 65, 33]. Въпреки това, с изключение на графита, където растежът е homoepitaxy и е нито използваемо, нито практично, има твърде малко субстрати които са изоструктурни и решетките им почти съвпадат с тази на графена. Има две възможни повърхности, които могат да отговорят на гореспоменатите изисквания: h-BN с несъответствие от ~ 1.7% и (hcp) Co - хексагонално затворена опаковка ~ 2% (<400°С). Израстването върху единичен кобалтов кристал изисква и трансфер към друга неметална повърхност. SiC може да е идеален субстрат, ако не беше факта че и при него има голямо несъответствие

 

1.4 Израстване върху метал чрез преципитация (утаяване)

Въглерод може да се отлага върху метална повърхност чрез редица техники, например: изпаряване (flash evaporation), физическо отлагане на пари (PVD), CVD и въртеливо отлагане  (spin coating). Въглеродният източник може да бъде твърд, течен или газообразен. В случай на чист източник на въглерод, изпаряване или PVD може да се използва за отлагане на въглерод директно върху необходимата основа (подложка), при положение че не се образуват карбиди, но и с ограничена въглеродна разтворимост, преди дифузия при висока температура последвано от утаяване на графит (графен) при охлаждане. Когато източникът - твърдо вещество е полимер, може да се отложи с въртене (spin coating) върху металната основа при стайна температура, последвано от високотемпературно отгряване и израстване.

Сегрегацията от въглерод-съдържащи метал и неорганични основи е друг подход към израстване на графен, [H. Lipson and A. R. Stokes, Proc. R. Soc. London, Ser. A,
1942, 181, 101–105, J. Biscoe and B. E. Warren, J. Appl. Phys., 1942, 13, 364–370, V. J. Kehrer and H. Leidheiser, J. Phys. Chem., 1954, 58, 550.] виж фиг. 2f. Първите доклади на синтез от графит, т.е. не извлечени от естествени източници, на преходни метали датират от началото на 1940s. Едва през 1970 г. обаче, когато бяха изяснени детайлите на процеса на растеж [ J. C. Shelton, H. R. Patil and J. M. Blakely, Surf. Sci., 1974, 43, 493–520.] идентифицирани чрез комбинация от Оже и lowenergy електронна дифракция (LEED), SLG формиран от въглерод, след висока температура на отгряване на Co, Pt, или Ni. Този процес води до облагодетелстване от T-зависима разтворимост на междинните въглероди в преходни метали (т.е. Ni (111), Ru (001), Ir (111), Pt (111), Pd (100), и т.н.) или неорганични химически съединения (т.е. LaB₆), за постигане слой по слой ръст от графен на повърхността. Размерът на въглерод, който може да се разтваря в повечето метали е до няколко атомни %. [ L. C. Isett and J. M. Blakely, Surf. Sci., 1976, 58, 397–414, F. J. Himpsel, K. Christmann, P. Heimann, D. E. Eastman and P. J. Feibelman, Surf. Sci., 1982, 115, L159–L164, A. T. N’Diaye, S. Bleikamp, P. J. Feibelman and T. Michely, Phys. Rev. Lett., 2006, 97, 215501, J. C. Hamilton and J. M. Blakely, Surf. Sci., 1980, 91, 199–217, C. Oshima, E. Bannai, T. Tanaka and S. Kawai, Jpn. J. Appl. Phys., 1977, 16, 965–969, T. B. Massalski, H. Okamoto, P. R. Subramanian and L. Kacprzak, Binary Alloy Phase Diagrams, ASM International, 1990]

Материали за субстрати са избрани от тези, които не образуват карбиди, за да се елиминира конкуренцията между образуване на карбид и растеж на графит/графен. Елементи като Ti, Ta, Hf, Zr и Si и др образуват термично устойчив, карбиди, както се вижда от фазовата им диаграма, по този начин не са "идеални" субстрати за растеж на графит/графен. Освен това, всички те имат голямо несъответствие в решетките (> 20%) спрямо графена. Преходният метал се темперира първо при висока T (> 1000 ° С) в UHV, където разтворимостта на интерстициален въглерод е висока, след това се охлажда до намаляване на разтворимост, което води до нейното разделяне като графенов филм. [Y. Gamo, A. Nagashima, M. Wakabayashi, M. Terai and C. Oshima, Surf. Sci., 1997, 374, 61–64]

Графит може да бъде получен от наситенения разтвор на въглерода в разтопено желязо по време на образуването на стомана.[S. M. Winder, D. Liu and J. W. Bender, Carbon, 2006, 44, 3037–3042] В съответствие с процеса, Fe е пренаситенo с въглерод, и излишният въглерод се утаява. Това обикновено се нарича "Киес графит".

Значително внимание е отделено на използването на евтини метали като Ni, и Co. Израстване върху благородни метали като Ir, Pt, Ru, и Pd, насочено към по-добро разбиране на механизмите за растеж и/или получаване на проби, подходящи за фундаментални изследвания, напр за STM, които изискват проводим субстрат. Би било желателно да имаме стабилен метал, който може да насърчи растежа на единични кристали графен, и използването на (111) ориентиран Ni или Co може да помогне в този смисъл, тъй като те улесняват шестоъгълното подреждането на въглеродните атоми.

Процесът на израстване монослой-графит/графит върху Ni беше първият изследван през 1974 г. [J. C. Shelton, H. R. Patil and J. M. Blakely, Surf. Sci., 1974, 43, 493–520]. SLG на Ni (111) е наблюдаван при Т> 1 000 К от Оже анализ, последвано от образуване на графит при охлаждане. По време на високотемпературното отгряване, въглерода дифундира в метала, докато достигне границата на разтворимост. При охлаждане се утаява въглерод образувайки първо графен, след което и графит. Дебелината на графитният слой зависи от метала, разтворимостта на въглерод в метала, температурата при която се въвежда въглерода, дебелината на метала и скоростта на охлаждане.

За получаването на големи метални зърна с кристална ориентация т.е. Ni (111), често се извършва отгряване на металната повърхност. Въглеродна сегрегация в Ni (111) е изследвана, с контрол на броя на въглеродните повърхности чрез коригиране температурата на отгряване.[M. Li, J. B. Hannon, R. M. Tromp, J. Sun, J. Li, V. B. Shenoy and E. Chason, Phys. Rev. B, 2013, 88, 041402(R)., E. C. Neyts, A. C. T. van Duinb and A. Bogaerts, Nanoscale, 2013, 5, 7250–7255]

Разстоянието графен-метал и неговите нано-вълни върху металната подложка определят т.нар графен-метал ефект на Моаре суперструктура.[A. T. N’Diaye, S. Bleikamp, P. J. Feibelman and T. Michely, Phys. Rev. Lett., 2006, 97, 215501., S. Marchini, S. Gunther and J. Wintterlin, Phys. Rev. B, 2007, 76, 075429] Последното се дължи на несъответствие между субстрата и решетката на графена, и зависи от металната основа. За решетъчни несъответствия между графен и субстрат под 1%, когато в резултат на нарушената симетрия се удвоява клетката по едната ос (т.е. 1/2, 0, 0). Това е случаят с Ni (111) и Co (0001). От друга страна, по-големи несъответствия дават несъизмерим (пълна загуба на симетрия в определена посока, т.е. (0.528, 0, 0)) моаре суперструктури, като в Pt (111), Ir (111), или Ru (0001). Всъщност при израстване на графен върху Ir (111) се получават люспи с добре дефинирана ориентация по отношение на субстрата. Освен това несъответствията при графен/Ru решетка води до деформация вследствие на опън и натиск. Това причинява набръчкване, поради изкълчване, и формирането на ~1.7 Å гърбици. Моаре суперструктурата може да се елиминира чрез адсорбцията на кислород на повърхността на метала в качеството на интеркалант.

Растеж на графена чрез утаяване изисква внимателен контрол на дебелината на профила, температурата, времето за отгряване, скоростта на охлаждане, и металната микроструктурата. [S. Yoshii, K. Nozawa, K. Toyoda, N. Matsukawa, A. Odagawa and A. Tsujimura, Nano Lett., 2011, 11, 2628–2633] докладва израстване на Ni, Co и Ru върху сапфир. Чрез потискане на краевите ефекти на границата на кристалите, демонстрира еднакво нарастване върху Ru повърхност чрез катализирана реакция на въглеводороди, но не на Ni и Co. Наблюдавани са и двете SLG/FLG на Ni и Co, вероятно поради по-високата разтворимост на въглерода и улеснената кинетика на включване в сравнение с Ru при същата температура. Обаче, [H. Ago, Y. Ito, N. Mizuta, K. Yoshida, B. Hu, C. M. Orofeo, M. Tsuji, K.-i. Ikeda and S. Mizuno, ACS Nano, 2010, 4, 7407–7414] израства графен върху епитаксиален Co върху сапфир, получавайки SLGs, за разлика от FLGs - по-горе споменат. Една алтернативна стратегия за растеж на SLG върху субстрат с висока въглеродна разтворимост бе предложен от [B. Dai, L. Fu, Z. Zou, M. Wang, H. Xu, S. Wang and Z. Liu, Nat. Commun., 2011, 2, 522] с помощта на двойна сплав (Ni-Mo). Mo като компонент на сплавта "хваща" всички разтворени излишни С атоми, образувайки молибденови карбиди с което подтиска въглеродното утаяване. Графен също е израстван върху Ru (0001) на сапфир.[P. W. Sutter, P. M. Albrecht and E. A. Sutter, Appl. Phys. Lett., 2010, 97, 213101]

Един от недостатъците на израстването върху метали е, че повечето приложения изискват графен върху изолационна подложка. [Z. Peng, Z. Yan, Z. Sun and J. M. Tour, ACS Nano, 2011, 5, 8241–8247] предполага, че може да се отложи графен директно върху SiO₂ утаявайки въглерод от Ni филм отложен върху диелектрична повърхност. Този процес има благоприятни перспективи, но се нуждае от по-нататъшно усъвършенстване.

Целта на получаването на графена, произведен от въглеродна сегрегация е в крайна сметка да се постигне пълен контрол върху качеството на графена и броя слоеве. Те са силно зависими от условията на растеж и температура и пълен контрол върху последното все още липсва. Дълбоко свързан с изискванията за получаване на висококачествен графен, където се избягват или минимизират дефекти като: гранични зърна, петоъгълник-седмоъгълник двойки, точкови дефекти, набръчквания и местни деформации. Друг открит въпрос е прехвърлянето на графена, произведена чрез въглеродна сегрегация върху произволни субстрати и процес оптимизиран за различните графенови приложения.

 

следва:

1.5 CVD

 

[Joro-01]

Бях пропуснал да натракам плюсове..

[Last roman]

на мен не си ми тракал нищо.;)

 

[Joro-01]

+

[Last roman]

Графенови акумулатори, разработени от испански инжинери, зареждат електромобил за 8 мин. и издържат 1000 км. пробег

Графеновые аккумуляторы заряжают электромобиль за 8 минут на 1000 км

Испанские инженеры разработали аккумуляторную батарею нового поколения. Она дешевле аналогов на 77% и позволяет заряжать электромобиль всего за 8 минут и проехать до 1000 км. Графеновые батареи уже взяли на тестирование две из 4-х немецких автомобильных компаний.

Электромобиль, конечно, очень привлекательный вид транспорта. Транспортное средство, которое не загрязняет окружающую среду, создает меньше шума, и ездит на дешевом топливе, это, конечно, очень интересно. Хотя они и не достигают мощности и скорости транспортных средств на ископаемом топливе, но все же они удовлетворяют основные транспортные потребности большинства людей.

Тем не мене современные электромобили имеют 2 основных недостатка: очень долгое время зарядки и короткое время автономной работы. И хотя литий-ионные аккумуляторы, которыми укомплектованы текущие электромобили, постоянно улучшаются, для полной их зарядки требуется несколько часов, а автономия в перемещении едва достигает 300 километров.

Эти ограничения сможет убрать новый графен-полимерный аккумулятор разработанный испанской компанией Graphenano совместно с исследователями из университета Кордовы.

Компания Graphenano является ведущим в мире производителем графена в промышленных масштабах, так что они знают, что делают. И правда в том, что графеный аккумулятор может сделать очередную революцию в автомобильной промышленности и телефонии. Он весит половину литий-ионного аккумулятора, он стоит на 77% меньше, заряжается за восемь минут, и предлагает автономность езды до 1000 километров.

Графен — это чудо-материал, который выявили лишь в 2004 году в листе углерода толщиной в один атом. Это в миллион раз тоньше, чем лист бумаги.

Графен является  чрезвычайно легким: лист одного квадратного метра весит всего 0,77 грамма. Он прозрачный, гибкий, водонепроницаемый, не загрязняет окружающую среду, и в 200 раз прочнее стали. Кроме того, он сверхпроводимый: его проводимость в 100 раз быстрее, чем у современных кремниевых чипов.

Графен проводит тепло, вырабатывает электроэнергию и меняет свои свойства в сочетании с другими материалами. Он настолько совершенен, что даже атомы гелия, мельчайшие в мире, в нем могут пересекаться. И еще его очень легко восстановить после повреждений.

Как это не странно, графен недорогой в производстве, и очень распространен в природе. Все страны имеют его в изобилии.

Компания Graphenano начнет производство графеновых батарей для электромобилей в первой половине 2015 года для двух из четырех крупных немецких автомобильных брендов, которые будут тестировать их на своих автомобилях.

Из-за своей плотности, графеновые батареи слишком велики для использования на мобильных устройствах, но Graphenano работает над тем, чтобы уменьшить их размер. Если это им удастся, то смартфон можно будет заряжать всего за 5 секунд.

Графен, несомненно, является одним из материалов, которые перевернут технологии в ближайшие годы. Это только начало…

 

 

[Joro-01]

Не е скъп за производство? Дали е така?!..

[Last roman]

ами и да е скъп, с времето като го разработят и конкурентни фирми, ще му паднат цените. 

Ето още едно приложение на графена:

От графен е създаден атомен филтър за ядрени отпадъци (видео)

Графенът може да улесни производството на тежка вода за атомните електроцентрали и така да направи по-евтино производството на енергия.

Учени от Университета в Манчестър са разработили специална графенова мембрана, която ефективно разделя атомите на водородните изотопи. Тази технология може да се използва и за пречистване на ядрените отпадъци. 

Информация за разработката предоставя сайтът на Университета в Манчестър.

Екипът е ръководен от сър Андре Гейм, получил през 2010 г. Нобелова награда за физика, за работата си върху графена. Той доказва, че мембраните от графен може да действат като сито, разделящо протоните - ядрата на водорода - от по-тежките ядра на водородните изотопи на деутерия.

Този субатомен графенов филтър ще улесни производството на тежка вода, която се използва с хиляди тонове при експлоатацията на атомните електроцентрали.

Съществуващите в момента технологии се основават на използването на деутерий, изотоп на водорода. И производството, и утилизирането на деутерия са енергоемки и скъпи процеси. Благодарение на новия суперфилтър, чиято дебелина е само един атом, изследователите са успели да отделят не само деутерия, но и радиоактивния тритий при пречистване на ядрените отпадъци.

Графеновият филтър не изисква никакви специални условия.

"Графеновият мембранен филтър е най-добрият сред съществуващите за момента, - заяви един от авторите на изследването Марсело Лозада-Идалго (Marcelo Lozada-Hidalgo). - "Съвсем доскоро, идеята за филтър, който може да филтрира частици по-малки от един атом, изглеждаше фантастично"'. Новото изобретение ще бъде използвано също в биологията, физиката, ядрената химия.

 

http://nauka.offnews.bg/news/%D0%9D%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D0%B8_1/%D0%9E%D1%82-%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B5%D0%BD-%D0%B5-%D1%81%D1%8A%D0%B7%D0%B4%D0%B0%D0%B4%D0%B5%D0%BD-%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD-%D1%84%D0%B8%D0%BB%D1%82%D1%8A%D1%80-%D0%B7%D0%B0-%D1%8F%D0%B4%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8-%D0%BE%D1%82%D0%BF%D0%B0%D0%B4%D1%8A%D1%86%D0%B8-%D0%B2%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D0%BE_33165.html