Graphene Là Gì

Graphene là một lớp các nguyên ổn tử carbon được xắp xếp thành mạng lục giác hai phía (mạng hình tổ ong) nlỗi chỉ ra rằng vào hình 1. Graphene được phân phát hiện tại vị Andre Gelặng và Kostya Novoselov vào thời điểm năm 2004 <1,2>. Graphene là vật tư có khá nhiều đặc thù đặc biệt quan trọng như dẫn sức nóng, dẫn năng lượng điện giỏi, gồm độ cứng không hề nhỏ (cấp hàng ngàn lần so với thép) và nó gần như là trong suốt <3,4>. bởi vậy, vật liệu này sẽ với đang được nghiên cứu khỏe mạnh mang lại những nghành nghề áp dụng quan trọng đặc biệt nlỗi tàng trữ năng lượng, pin mặt ttránh, transistors, xúc tác, cảm ứng, vật liệu polymer tổ hợp…<4,5,6,7,8>.

Bạn đang xem: Graphene là gì

*

Hình 1: Cấu trúc tinc thể của graphene.

b.Ống nano carbon:

- Ống nano carbon (CNTs) là vật liệu nano carbon dạng ống cùng với đường kính sống kích thước nm (1-đôi mươi nm). CNTs bao gồm chiều dài từ vài nm đến μm. Ống nano carbon được phát hiện nay vào thời điểm năm 1991 vày Lijima <9>. Với kết cấu tinh thể quan trọng với các đặc điểm cơ học tập quý (vơi, độ cứng rất lớn), tính dẫn năng lượng điện, dẫn nhiệt tốt, đặc điểm phân phát xạ điện từ bỏ mạnh… Ống nano carbon đang rất được phân tích áp dụng thoáng rộng trong vô số nghành khoa học và công nghệ <10>.

- Ống nano carbon có hai một số loại chính:

+ Ống nano carbon đơn tường (SWCNT) gồm kết cấu như một tnóng graphene cuộn quanh tròn lại thành quyết trụ ngay thức thì (hình 2).

+ Ống nano carbon nhiều tường (MWCNT)bao gồm cấu tạo nhỏng những tấm graphene lồng sát vào nhau và cuộn lại hoặc một tấm graphene cuộn lại thành các lớp (hình 2).

*

Hình 2: Ống nano Carbon đơn tường cùng ống nano carbon nhiều tường.

2. Tổng hợp cùng đặc điểm của CNTs cùng graphene

2.1 Các cách thức tổng vừa lòng graphene cùng CNTs

a, Tổng thích hợp graphene

Các phương thức tổng đúng theo graphene thường được tạo thành nhì loại cách thức nhỏng sau(hình 3):

+ Các phương thức từ bên trên xuống (Top down)

- Phương pháp giảm vi cơ (micromechanical cleavage): cách thức này bóc graphite thành phần đông miếng mỏng mảnh bằng phương pháp nạo hoặc chà graphite vào một khía cạnh phẳng khác, tự kia hoàn toàn có thể gỡ hồ hết miếng graphite cùng với độ dày khoảng 100 ngulặng tử.

- Pmùi hương pháp sử dụng băng keo: Pmùi hương pháp này thực hiện keo dính để bóc những lớp graphite thành graphene. Tấm graphite được gắn thêm lên một miếng keo dính quan trọng đặc biệt, dán hai đầu lại cùng nhau, rồi mnghỉ ngơi chất keo ra... Cđọng làm cho như vậy các lần cho đến khi miếng graphite trsinh hoạt yêu cầu thiệt mỏng mảnh. Qua đó, mhình họa graphite được tách ra từng lớp một, ngày càng mỏng, tiếp nối người ta hòa chúng vào acetone. Trong các thành phần hỗn hợp chiếm được gồm cả số đông đơn lớp carbon chỉ dày 1 nguim tử. Phương thơm pháp này được Gelặng và những đồng nghiệp áp dụng để tạo thành graphene vào thời điểm năm 2004 <2>.

- Pmùi hương pháp tách bóc bóc pha lỏng: Các phương thức trên dùng làm tạo thành graphene trong môi trường thiên nhiên chân không hoặc môi trường xung quanh khí trơ. Tại trên đây, bạn có thể áp dụng tích điện chất hóa học để bóc những lớp graphene trường đoản cú graphite. Quá trình bóc tách bóc trộn lỏng bao hàm bố bước: (1) phân tán graphite vào dung môi, (2) bóc tách bóc, (3) thanh lọc mang sản phẩm.

Nhìn thông thường,các phương thức này áp dụng năng lượng cơ học, năng lượng chất hóa học để tách các tnóng graphite tất cả độ tinc khiết cao thành các lớp đối chọi graphene chơ vơ. Chúng có điểm mạnh là chế tạo đơn giản dễ dàng, rẻ tiền với ko đề nghị những đồ vật quan trọng.Tuy nhiên, nhược điểm của bọn chúng là chất lượng màng ko đồng các, độ tái diễn phải chăng, cần yếu chế tạo với số lượng béo cùng cạnh tranh chế ước <11>.

+ Phương pháp từ bỏ dưới lên (bottom up)

- Phương pháp và lắng đọng pha hơi hóa học (CVD):Lắng ứ trộn tương đối hóa học là quy trình thực hiện để ngọt ngào cùng cải cách và phát triển màng mỏng tanh, tinh thể tự những chi phí hóa học dạng rắn, lỏng, khí của rất nhiều một số loại vật tư. Có các một số loại CVD khác nhau nhỏng ngọt ngào pha tương đối sức nóng chất hóa học, lắng đọng trộn hơi hóa học tăng tốc plasma…

Pmùi hương pháp ngọt ngào pha hơi sức nóng chất hóa học ( thermal CVD) bên trên đế klặng loại: Đây là một trong cách thức bắt đầu, công dụng được thực hiện nhằm tổng phù hợp graphene. Pmùi hương pháp này được Umeno cùng những đồng nghiệp sử dụng để tổng phù hợp graphene vào năm 2006. Trong phương pháp này những tiền hóa học được sử dụng phần lớn thân mật và gần gũi với môi trường xung quanh với gồm Ngân sách phải chăng.Các đế kim loại sử dụng ở đay hay là các lá Ni, Cu, Co <12>. Hình như graphene cũng hoàn toàn có thể tổng phù hợp trên một trong những đế cung cấp dẫn để Giao hàng cho các vận dụng vào nghành nghề dịch vụ điện tử. Nhược điểm của phương thức này là unique sản phẩm mốc (bởi có nhiều sai lỗi vào mạng tinch thể)

Pmùi hương pháp ngọt ngào và lắng đọng pha khá chất hóa học bức tốc plasma: Đây là 1 trong cách thức hiệu quả dùng để làm tổng hợp graphene cùng với diện tích S mập.Ưu điểm tuyệt vời của phương thức này so với phương thức thermal CVD là tổng đúng theo graphene tại nhiệt độ phải chăng. Graphene được tổng hòa hợp từ methane nghỉ ngơi ánh sáng dưới 5000C <13>.

- Pmùi hương pháp Epitaxy chùm phân tử: lá phương pháp sử dụng năng lượng của chùm phân tử tạo nên hơi carbon cùng và ngọt ngào bọn chúng bên trên đối kháng tinc thể trong chân ko khôn cùng cao. Đây là một trong những phương thức đầy có tương lai dùng làm chế tạo graphene với độ tinch khiết cao trên các các loại đế khác biệt. Graphene chế tạo theo phương pháp này tương xứng cho các vật dụng có những hiểu biết cao về chất lượng và độ tinc khiết <12>.

*

Hình 3. Giản trang bị một trong những cách thức bao gồm sử dụng tổng vừa lòng graphene <12>

b.Tổng thích hợp CNTs

- Phương thơm pháp hồ quang đãng điện: Phương pháp này sử dụng loại hồ nước quang đãng năng lượng điện nhằm tạo thành hơi carbon xuất phát từ một năng lượng điện cực làm cho bằng carbon. Sau kia những ống CNTs được cải cách và phát triển tự tương đối carbon bên trên điện rất còn sót lại. Sản phđộ ẩm chế tác thành có thể là SWCNT hoặc MWCNT tùy thuộc vào bài toán gồm hay không áp dụng xúc tác (Ni, Fe, Co..). Hiệu suất của quy trình dựa vào vào ánh nắng mặt trời của năng lượng điện rất và ngọt ngào CNTs cùng môi trường plasma.

*

Hình 4: Giản đồ cách thức hồ quang đãng điện cần sử dụng mang lại tổng hòa hợp CNTs

- Pmùi hương pháp lắng rượu cồn trộn tương đối hóa học (CVD): Là phương pháp sử dụng tích điện (nhiệt, laze) để phân ly các phân tử khí cất carbon (thường xuyên là những hydrocarbon nlỗi C2H2, CH4) thành các ngulặng tử carbon hoạt hóa. Sau đó và ngọt ngào những ngulặng tử này cùng cải tiến và phát triển chúng thành những ống CNTs. Đây là cách thức tổng đúng theo CNTs đơn giản dễ dàng, phải chăng tiền và hoàn toàn có thể sản xuất với lượng mập. Tuy nhiên unique của những ống CNTs thường không cao.

*

Hình 5: Giản trang bị cách thức CVD chế tạo CNTs

- Phương thơm pháp sử dụng nguồn laze: Pmùi hương pháp này áp dụng nguồn tia laze tích điện cao bắn phá bia graphite tạo ra khá carbon sinh sống ánh nắng mặt trời cao với và ngọt ngào tương đối carbon trên đế. Quá trình lắng đọng trong môi trường thiên nhiên khí hiếm sống áp suất cao. Sản phẩm sinh sản thành hoàn toàn có thể là SWCNT hoặc MWCNT phụ thuộc vào vào tất cả thực hiện hay không hóa học xúc tác klặng loại<14>. CNTs được sản xuất bởi phương pháp này còn có độ tinh khiết cao hơn nữa so với phương pháp hồ nước quang quẻ điện.

*

Hình 6: Giản thiết bị phương thức xung laze tổng phù hợp CNTs

2.2 Tính hóa học của graphene và CNTss

a.Tính chất của graphene

+ Tính hóa học cơ: Graphene có cấu tạo chắc chắn trong cả nghỉ ngơi nhiệt độ bình thường. Độ cứng của graphene lớn hơn hết sức so với những vật liệu không giống (Cứng hơn cả klặng cương cứng với cấp khoảng 200 lần so với thép). Đây là dựa vào những links cacbon- cacbon trong graphene cũng giống như sự vắng ngắt mặt của bất kể kthảng hoặc kmáu làm sao trong phần căng cao độ nhất của màng graphene.

Bảng 1: Các thông số kỹ thuật cơ tính của graphene cùng thép

*

+ Tính hóa học điện và nhiệt:Tại dạng tinc khiết, graphene dẫn năng lượng điện nhanh khô rộng bất kể hóa học nào khác nghỉ ngơi ánh sáng thông thường. Graphene hoàn toàn có thể truyền download điện năng tốt hơn đồng cấp 1 triệu lần. ngoài ra, những electron đi qua graphene số đông không gặp mặt điện trsinh hoạt đề nghị không nhiều sinc nhiệt. Bản thân graphene cũng là chất dẫn nhiệt độ, có thể chấp nhận được sức nóng trải qua cùng phát tán hết sức nhanh. Độ dẫn nhiệt độ của graphene cỡ 5000 W/m.K <15>. Bên cạnh đó người ta còn quan tiền gần cạnh được hiệu ứng Hall lượng tử của graphene ngay lập tức trên ánh nắng mặt trời chống <16>.

+ Một số đặc điểm khác:Graphene là vật tư khôn xiết mỏng manh và gần như trong suốt cùng với tia nắng.

b, Tính hóa học của CNTs

+ Tính hóa học cơ:CNTs là vật tư tất cả đặc thù cơ cực tốt, bền và vơi thích hợp cho vấn đề gia cường những vật liệu nlỗi cao su đặc, polymer, sắt kẽm kim loại để tăng tốc thời gian chịu đựng, độ phòng mài mòn…Suất Yuong của CNTs cấp 6, thời gian chịu đựng kéo cấp 375 lần đối với thnghiền dẫu vậy lại nhẹ hơn thnghiền không ít <14>.

Bảng 2: Các thông số cơ tính của CNTs và thép

*

+ Tính hóa học điện: Tính hóa học điện của CNTs dựa vào rất mạnh vào kết cấu của chính nó. Nó hoàn toàn có thể có tính dẫn năng lượng điện của sắt kẽm kim loại hoặc chào bán dẫn(bảng 3).

Xem thêm: Tải Office 2013 Full Crack + Active Office 2013 Vĩnh Viễn, Active Office 2013 Bằng Key & Cmd 100% Thành Công

Bảng 3: Phân nhiều loại một trong những đặc trưng dẫn của CNTs <14>

*

+ Tính chất nhiệt:CNTs là vật liệu dẫn sức nóng khôn cùng tốt(3.104 W/m.K)

+ Tính hóa học hóa học: CNTs tương đối trơ về mặt hóa học, ống CNTs bao gồm form size càng nhỏ dại thì chuyển động hóa học càng bạo phổi. Để tăng hoạt tính hóa học của ống CNTs, tín đồ ta thường xuyên sản xuất những sai lỗi bên trên ống hoặc trở thành tính mặt phẳng của ống.

+ Tính hóa học phân phát xạ trường: CNTs có công dụng phát xạ năng lượng điện từ mạnh ngay cả nghỉ ngơi năng lượng điện cố kỉnh tốt (10V) <14>.

3. Ứng dụng của graphene cùng CNTs

a, Ứng dụng của graphene

+ Dây dẫn và điện rất trong suốt: Graphene là vật liệu nhìn trong suốt với bao gồm tính dẫn năng lượng điện giỏi vì thế nó có tiềm năng sử dụng làm cho dây dẫn trong suốt trong số tấm pin khía cạnh trời với các sản phẩm điện tử gia dụng khác. Các dây dẫn hoặc điện cực graphene này sẽ là vật tư thay thế tốt rộng và mềm dẻo rộng những so với các một số loại vật liệu hiện nay đang rất được sử dụng trong số tnóng pin phương diện ttránh và những đồ vật điện tử dẻo không giống.

*

Hình 7: Sơ đồ gia dụng cùng cơ chế dẫn năng lượng điện của graphene trong pin phương diện ttránh <17>

+ CPU máy tính:Các công ty nghiên cứu sẽ tạo nên được dòng nhẵn chào bán dẫn nhỏ tuổi độc nhất bên trên gắng giới- tất cả bề dày chỉ bằng một nguyên ổn tử và rộng lớn 10 ngulặng tử từ bỏ Graphene. Chiếc bóng cung cấp dẫn này, về bản chất là 1 trong những công tắc nguồn bật tắt. Chiếc nhẵn buôn bán dẫn là sản phẩm quan trọng đặc biệt của một bảng vi mạch cùng là gốc rễ của bất cứ thứ năng lượng điện tử nào. Những mẫu bóng phân phối dẫn này sẽ thao tác với ĐK ánh nắng mặt trời trong phòng - giống hệt như đề xuất đối với các sản phẩm năng lượng điện tử văn minh khác. Bóng cung cấp dẫn Graphene càng bé dại lại càng vận động giỏi. Bóng phân phối dẫn được chế tạo bằng cách lắp Graphene vào trong 1 mạch điện siêu nhỏ tuổi. Chiếc nhẵn buôn bán dẫn đầu tiên được sản xuất vày những đơn vị kỹ thuật trên Manchester (Tiến sỹ Kostya Novoselov cùng giáo sư Andre Geim).

+ Màn hình ti vi cảm ứng:Các đơn vị nghiên cứu tín đồ Anh đã chế tạo ra một màn hình tinc thể lỏng bé bỏng bằng phương pháp áp dụng Graphene. Một ngày làm sao đó màn hình hiển thị này có thể được vận dụng vào hầu như đồ vật tự màn hình chạm màn hình của Smartphone di động cầm tay đến ti vi. Để tạo thành các screen tinch thể lỏng bởi graphene, các công ty phân tích đã phân bỏ các mhình ảnh graphite thành graphene, và phun xịt những thể vẩn thu được lên một mặt phẳng thủy tinh. lúc bề mặt hài hòa được sấy thô, những đơn vị nghiên cứu đang lựa ra mọi mảnh nhỏ cùng thực hiện bọn chúng nlỗi những rất điện mang đến màn hình hiển thị tinh thể lỏng nhỏ tuổi.Màn hình tinh thể lỏng này siêu nhỏ nhỏ xíu, chỉ bởi một độ phân giải pixel cùng kích thước khoảng bằng 1 micromet. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đến biết, nếu như con số này được nâng cấp thì độ phân giải sẽ ngay gần như thể như màn hình điện thoại di động.

+ Ứng dụng trong cảm biến: Một trong những ứng dụng tiềm ẩn của graphene là trong những cảm biến khí, cảm ứng sinch học tập. Nguyên ổn lý hoạt động của những cảm biến dựa vào sự biến đổi độ dẫn của graphene Lúc dung nạp những nguyên ổn tử, phân tử lên bề mặt của chính nó. Các cảm biến áp dụng graphene bao gồm độ tinh tế cao và giới hạn phân phát hiện nhỏ.

*

Hình 8: Một số lĩnh vc áp dụng của graphene <12>

b, Ứng dụng của CNTs

+ Các áp dụng tích tụ năng lượng: CNTs có chức năng tàng trữ tích điện cao cùng vận tốc truyền download điện tử nkhô hanh. Như vậy CNTs thường được nghiên cứu và phân tích áp dụng cho những pin xăng. Pin Sạc xăng nhiều loại này có năng suất không nhỏ <18>.

+ Ứng dụng trong những linh kiện năng lượng điện tử: nhưtrang bị phân phát xạ điện từ trường sóng ngắn đầu dò nano hoặc những nhiều loại cảm ứng vị tính dẫn năng lượng điện giỏi và trơ về khía cạnh hóa học. Ngoài ra CNT có diện tích S mặt phẳng lớn có chức năng hấp phụ cao.

+ Vật liệu gia cường: CNTs bao gồm độ cứng phệ, phòng mài mòn xuất sắc, vơi cần thường xuyên được áp dụng nhằm gia cường trong các vật tư composite nlỗi CNTs với polymer, CNTs cùng với cao su đặc, hoặc CNTs với sắt kẽm kim loại. Các vật tư composite thường có công dụng cơ lý xuất sắc, thời gian chịu đựng, dẻo cao với dẫn năng lượng điện giỏi.

4. Tmùi hương mại

Lúc này, Tại Việt phái nam vẫn sản xuất được CNTs cho tmùi hương mại với cái giá 10.000đ/g với sản phẩm có độ không bẩn 99% (Viện khoa học đồ gia dụng liệu). Trong đó, CNTs vì chưng Trung quốc sản suất có giá khoảng chừng 400USD/Kg

5. Kết luận:

Graphene cùng CNTs những là gần như vật liệu tất cả đặc điểm cơ học tập quý nhỏng thời gian chịu đựng, độ kháng mài mòn cao, Chịu nén giỏi, vơi, năng lực dẫn điện, dẫn nhiệt độ giỏi. bởi vậy, chúng được phân tích áp dụng mang lại các nghành nghề khoa học với công nghệnhỏng tích trữ tích điện, pin khía cạnh ttránh, transistors, xúc tác, cảm biến, vật liệu polymer tổng hợp. Có những cách thức tổng vừa lòng graphene cùng CNT, từng phương thức tất cả ưu điểm yếu riêng, mặc dù vào điều kiện chống nghiên cứu tại nước ta, phương thức thermal CVD là phù hợp hơn cả.

Ngô Xuân Đinh

Tài liệu tmê man khảo

<1> G. Andre, K. S. Novoselov, ‘ The rise of graphene’, 2007 Nature Materials pp. 183-191.

<2> G. Andre, K. S. Novoselov ,‘Electric field effect in atomically thin carbon films’ Science 306, 666.

<3> V. Chabot, D. Higgins, A. Yu, X. Xiao, Z. Chen, J. Zhang, ‘A review of graphene & graphene oxide sponge:material synthesis & applications khổng lồ energy và the environment’ J. Energy Environ. Sci., 2014, 7, 1564–1596

<4> Y. Zhu, S. Murali, W. Cai, X. Li , J. W. Suk,J. R. Potts, and R. S. Ruoff, ’Graphene và Graphene Oxide: Synthesis, Properties, và Applications’, J. Adv. Mater 2010, xx. pp. 1-19.

<5> L. A. Ponomarenko, F. Schedin, M. I. Katsnelson, R. Yang, E. W. Hill, K. S. Novoselov, A. K. Geyên ổn,Science 2008,320-356.

<6> Y. J. Wang, D. P.. Wilkinson & J. Zhang, Chem. Rev., 2011, 111, 7625–7651.

<7> S. Zhang, X. Yang, Y. Numata và L. Han, Energy Environ. Sci., 2013, 6, 1443–1464.

<8> M. Stoller, et al., Nano Lett.,2008,8, 3498–3502

<9> Iijima, S., Nature 354, 56–58, 1991.

<10>Susan B. Sinnott, Rodney Andrews, Carbon Nanotubes: Synthesis, Properties, và Applications, Critical Review in Solid State and Materials Sciences, 26(3):145–249 (2001)

<11> Carbon, 48,2127 –2150 (2010)

<12> P. R. Somani, S. Phường. Somani, và M. Umeno, Planer nano-graphenes from camphor by CVD, Chemical Physics Letters, 430, 56 (2006).

<13> T.-o. Terasawa và K. Saiki,Carbon, 2012,50, 869–874

<14> Ống nano carbon: chế tạo, đặc thù và áp dụng, Quách Duy Trường

<15> W. Choi, ∗ I. Lahiri, R. Seelaboyina, và Y. S. Kang, Synthesis of Graphene và Its Applications: A Đánh Giá, Critical review in Solid State and Materials Sciences, 35:52–71, 2010

<16> K.S. Novoselov , Z. Jiang, Y. Zhang, S.V. Morozov, H.L. Stormer, U. Zeitler, J.C. Maan , G.S. Boebinger, Room-Temperature Quantum Hall Effect in Graphene