Qrafen

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Jump to navigation Jump to search

Qrafen — karbonun çoxatomlu təbəqəsidir. Bu material özünün unikal keyfiyyətləri ilə fərqlənir. Qrafen yer kürəsində ən möhkəm material hesab olunur. Bundan başqa o elektrik cərəyanını keçirir və şəffaflığı ilə diqqəti çəkir. Şəffaflıq xüsusiyyətinə görə bir sıra materialların, məsələn, sensor displeylərin yaradılması üçün əvəzsizdir. Belə hesab edilir ki, qrafen tezliklə elektronika sənayesində geniş tətbiqinə başlanacaq. Rus alimləri Konstantin NovselovAndrey Qeym qrafen yaradılması üçün apardıqları elmi işlərinə görə 2010-cu ildə Fizika sahəsində Nobel mükafatına layiq görülüblər.

Qrafenin sintez üsulları[redaktə | əsas redaktə]

Karbonun təbii allotrop modifikasiyası olan qrafitin izole olunmuş təbəqəsi qrafen adlanır. Qrafit qədim zamanlardan məlum olsa da və müxtəlif məqsədlərlə çox geniş istifadə olunsa da, bu mineralı təşkil edən təbəqələri bir-birindən ayırmaq yalnız son illərdə mümkün olmuşdur. İlk dəfə 2004-cü ildə K. S. Novoselov və A. K. Geim mexaniki üsulla qrafen təbəqəsini qrafitdən ayırmağa müvəffəq olmuş və onun elektrik və optiki xassələrini tədqiq etmişlər. Bu tarixi ixtira və tədqiqatlara görə K. S. Novoselov və A. K. Geim 2010-cu ildə Nobel mükafatına layiq görülmüşlər. Bu fenomenal hadisədən sonra qeyri-adi elektron, optiki, maqnit, termiki və mexaniki, həmçinin çox böyük xüsusi səthə malik olmasına görə elm və texnikanın müxtəlif sahələrində qrafenin intensiv tədqiqi və tətbiqi başlamışdır. Beləliklə qrafenə karbonun ikiölçülü və bir atom qalınlıqlı allotrop modifikasiyası kimi baxmaq olar. Qrafenin kristal qəfəsini sp2-hibridləşmə vəziyyətində olan və bir-biri ilə σ- и π- tipli əlaqələrlə birləşən karbon atomları formalaşdırır. Qrafen yüksək mexaniki dözümlülüyə malik (Young modulu (∼1.0 TPa), yüksək optiki şəffaflığa (97.7%) və rekord istilik keçirmə xassəsi olan (∼5000 Wm−1K−1) materialdır. Qrafen həmçinin çox yüksək elektrik keçirən materialdır. Qeyri-adi fiziki, kimyəvi, elektrik və optiki xassələri qrafeni müasir dövrün çox mühüm praktiki imkanlara malik materialı kimi xarakterizə edir. Bu gün qrafenə nanoelektronikanın gələcək inkişafını təmin edəcək material kimi baxılır. sp2 ikiölçülü quruluşlu material olan qrafen bütün qrafit tipli materialların-fullerenin və nanoboruların əsasını təşkil edir. Çox yüksək xüsusi səthə malik olması (2632m2/q) və fenomenal elektrik xassələri praktiki əhəmiyyətli kimyəvi proseslər üçün yeni effektiv katalizatorlar yaratmaq üçün də geniş imkanlar açır. Lakin yüksək dərəcədə təmiz keyfiyyətli və praktiki cəhətdən sənaye miqyasında asan və ucuz istehsal üsulu olmadan qrafenin geniş miqyasda effektiv tətbiqi mümkün deyil. K. S. Novoselov və A. K. Geimin mexaniki exfoliasiya üsulu sadə olsa da, bu yolla çox miqdarda qrafen hazırlamaq uzun müddət tələb edir və bu səbəbdən sənayedə tətbiqi mümkün deyil. Odur ki, son illər ərzində qrafenin sintezi üçün bir sıra yeni daha əlverişli üsullar işlənib hazirlanmışdır. S. K. Srivastava və əməkdaşları buxar fazadan çökdürmə üsulu (CVD) təklif etmiş və bu yolla qalınlığı ~ 20 nm olan qrafen təbəqə hazırlamağa nail olmuşlar. Təəssüf ki, CVD üsulu ilə hazırlanan qrafen təbəqələrinin tərkibində metal izləri qalır ki, bu da materialın təmizliyi baxımından bir çox məqsədlər üçün istifadəsinə imkan vermir. Son illər işlənib hazirlanmış həlledicinin ayrılması üsulu daha təmiz qrafen almağa imkan verir. Bu üsulla qrafitin təbəqələrini birləşdirən Van-der-Vals qüvvələrin təsiri müvafiq həlledici vasitəsilə minimuma endirilir və ayrilan qrafen təbəqələri həlledicidən təmizlənir. Lakin bu üsulun da çıxımı çox yüksək olmur. Oksidləşmə-reduksiya üsulu hazırda qrafen istehsalı üçün geniş istifadə olunur. Qatı sulfat turşusu ilə oksidləşdirdikdə qrafiti təbəqələrinin tərkibində oksigenli funksional gruplar yaradılır. İkinci mərhələdə qrafen oksid termiki və yaxud ultra səs vasitəsilə grafenə reduksiya olunur. Bu üsulla sənaye miqyasında yüksək çıxımla qrafen təbəqələri hazırlamaq mümkündür.

İstifadə olunan ədəbiyyat[redaktə | əsas redaktə]

  1. K. S. Novoselov, A. K. Geim, et al., “Electric field in atomically thin carbon films,” Science, vol. 306, no. 5696, pp. 666–669, 2004.
  2. Li, G. Zhang, X. Bai et al., “Highly conducting graphene sheets and Langmuir-Blodgett films,” Nature Nanotechnology, vol. 3, no. 9, pp. 538–542, 2008.
  3. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov et al., “Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene,” Nature, vol. 438, no. 7065, pp. 197–200, 2005.
  4. K. S. Novoselov, Z. Jiang, Y. Zhang et al., “Room-temperature quantum hall effect in graphene,” Science, vol. 315, no. 5817, p. 1379, 2007.
  5. S. K. Srivastava, A. K. Shukla, V. D. Vankar, and V. Kumar, “Growth, structure and field emission characteristics of petal like carbon nano-structured thin films,” Thin Solid Films, vol. 492, no. 1-2, pp. 124–130, 2005.