211service.com
Graphene vinder Nobelprisen
Det 2010 Nobelprisen i fysik er blevet tildelt de to forskere, der udførte de første forsøg på grafen, et todimensionelt ark af kulstofatomer. Prisen, givet til University of Manchester fysikere Andre Geim og Konstantin Novoselov , anerkender arbejde, der begyndte for mindre end et årti siden på et materiale, der siden er blevet brugt til at lave rekordstore transistorer og elastiske elektroder.
Prisvinder: Nobelprisen i fysik i år gik til britiske forskere, der var pionerer i studiet af grafen. Dette scanningselektronmikroskopbillede viser et sammenkrøllet grafenark af det enkeltatom-tykke materiale.
Grafen er et materiale af mange superlativer: Det er den bedste leder af elektricitet ved stuetemperatur og det stærkeste materiale, der nogensinde er testet. Det er også en fremragende varmeleder og er gennemsigtig og fleksibel. Før Geim og Novoselovs arbejde havde forskere teoretiseret materialets eksistens og havde forudsagt, at det kunne bruges til at lave transistorer mere end 100 gange hurtigere end dem i nutidens siliciumbaserede chips. Men indtil de britiske forskere lavede og testede grafen i 2004, gættede mange fysikere på, at materialer på et atoms tykkelse ville være ustabile.
I 2004 lavede Geim og Novoselov grafen i laboratoriet ved at bruge klæbende tape til at skrælle en luns grafit til stadigt tyndere ark, som i denne video. Et grafenark er et enkelt lag af kulstofatomer indhyllet i et honeycomb-lignende, gentagende sekskantmønster.
Grafen er et naturligt forekommende materiale. Lag af grafen udgør grafitten fundet i blyantbly. Når du sporer en blyant på et stykke papir, spaltes disse lag, hvilket efterlader tynde lag af disse carbonark. Ved at knuse grafit og skrælle det med tape til stadigt tyndere flager og til sidst i stykker på kun et atoms tykke, var Geim og Novoselov i stand til at lave brugbare mængder grafen, der kunne studeres, og lægge tvivl om grafenens stabilitet til ro.
Multimedier
Kostya Novoselov demonstrerer sin lavteknologiske teknik til fremstilling af grafen.
I deres første arbejde, i 2004, demonstrerede de ikke kun, at de havde lavet grafen, men belyste også dets elektriske egenskaber ved at mønstre det og forbinde det til elektroder. De var ikke de første, der nogensinde så grafen, men det var bestemt Geim og Novoselov, der virkelig åbnede døren for at kunne studere det, siger James Tour , professor i kemi ved Rice University.
Da de først udviklede dette eksperimentelle system til at studere materialet, fandt Geim og Novoselov og andre forskere, der fulgte efter, nogle bemærkelsesværdige ting. For det første opfører elektroner i grafen sig, som om de ikke har nogen masse, og bevæger sig fremad med hastigheder på en million meter i sekundet. (Sammenlign det med lysets hastighed i et vakuum, 300 millioner meter i sekundet.) Og mens elektroner normalt hopper af forhindringer inde i et ledende materiale, sejler elektroner, der bevæger sig gennem det perfekte honeycomb-gitter af grafen, jævnt.
Grafens perfekte struktur giver anledning til eksotiske kvanteeffekter, som bliver undersøgt af fysikere. Imidlertid er materialets elektriske egenskaber, dets gennemsigtighed og dets styrke blevet grebet af ingeniører, der arbejder på at lave alt fra touchskærme til solceller til lette strukturelle materialer. Forskere hos IBM udvikler arrays af grafentransistorer, der efterlader konventionelt silicium i støvet, og en gruppe hos Samsung udvikler trykte grafenelektroder til brug i gennemsigtige, fleksible berøringsskærme.
I erkendelse af løftet om materialet, BØRN fremhævede arbejde på Georgia Tech om grafentransistorer som en af de mest lovende nye teknologier i 2008; samme år anerkendte vi Novoselov med vores pris for unge innovatorer, TR35.
Geim og Novoselovs teknik kan bruges til at lave grafen i relativt små mængder, nok til at studere det i laboratoriet og lave testenheder, men langtfra nok til fremstilling. I de mellemliggende år har forskere udviklet metoder til at lave større mængder af materialet, og nu lærer de at bruge det til at lave enheder.
Nu skal vi finde måder at syntetisere grafen pålideligt i stor skala og gøre disse teknologier reproducerbare på en måde, der giver økonomisk mening, siger Phaedon Avouris, en forsker, der udvikler grafentransistorer og fotodetektorer ved IBMs Watson Research Center i Yorktown Heights, New York. .