グラフェンの応用

現在、グラフェンの応用は現代社会でますます広く使われています。グラフェンの応用は学ぶ価値があります。これで、グラフェンの用途について深く理解できました。

グラフェン（グラフェン）は、sp2混成軌道を持つ炭素原子で構成される2次元材料で、ハニカム格子を持つ六角形の平板です。グラフェンは、2004年まで、マンチェスター大学アンドレガイムとコンスタンチンカーボンの英国の物理学者が、グラファイトからグラフェンを分離する実験に成功し、単独で存在できることを確認するまで、[1]だけで安定した仮想構造と長い間考えられてきました。人々はまた、2 dグラフェン材料の「先駆的な実験」のために、2010年のノーベル物理学賞を共有しました。

グラフェンは現在、世界で最も薄くて硬いナノ材料です[3]。ほぼ完全に透明で、2.3％の光しか吸収しません。熱伝導率は5300w / m Kと高く、カーボンナノチューブやダイヤモンドよりも高く、室温では15000 cm2 /v。s以上の電子移動度、カーボンナノチューブやシリコン結晶よりも高い*。抵抗率は、世界最小の材料[1]の抵抗率として、銅や銀よりもわずか約10-6Ω・cm低くなっています。電子は抵抗率が非常に低いため、非常に速く移動するため、より薄く、より速く電気を通す新世代の電子部品やトランジスタの開発に使用されることが期待されています。グラフェンは本質的に透明で優れた導体であるため、透明なタッチスクリーン、ライトパネル、さらには太陽電池の製造にも使用できます。

グラフェンのもう1つの特性は、室温で量子ホール効果を観察できることです。

グラフェンの構造

グラフェンは、6つのカーボンリングで構成される2次元（2D）周期的ハニカム格子構造であり、ゼロ次元（0D）のフラーレンにワープしたり、1次元（1D）カーボンナノチューブ（CNT）に丸めたり、3つに積み重ねたりすることができます。 -次元（3D）グラファイト。したがって、グラフェンはグラファイト材料の基本単位です。グラフェンの基本的な構造単位は、有機材料の中で最も安定したベンゼン6元素環であり、これは現在最も理想的な2次元ナノ材料です。理想的なグラフェン構造は平面の六角形の格子であり、これは剥ぎ取られたグラファイト分子の層と見なすことができます。各炭素原子はsp2混成軌道であり、p軌道に残っている電子の1つに寄与して、大きなPI結合を形成します。 PI電子は自由に動くことができ、グラフェンに良好な電気伝導性を与えます。二次元グラフェン構造は、すべてのsp2ハイブリッド炭素質材料を形成するための基本的な構成要素と見なすことができます。

グラフェンの光学特性

理論的導出によれば、グラフェンは\ PI \ alpha \ upperx2.3％\、\！を吸収できます。白色光; \ alpha \ \！微細構造定数です。単分子層はこれほど不透明度が高いとは考えられておらず、単分子層グラフェンの独自の電子特性により、この驚くべき量の不透明度が生み出されます。グラフェンの異常な低エネルギー電子構造のために、電子と正孔の円錐バンドがディラック点で交わり、この結果になります。結果は正しく、グラフェンの不透明度は2.3 \ pm0.1％\、\！でした。光波の波長に依存しません。ただし、精度が低いため、この方法を使用して微細構造定数の測定基準を決定することはできません。

最近、実験により、室温で、ダブルゲート電極を備えた二重層グラフェン電界効果トランジスタに電圧を印加することにより、グラフェンのエネルギーギャップを0eVから0.25eV（約5ミクロンの波長）に調整できることが実証されました。外部磁場を印加することにより、グラフェンナノリボンの光学応答をテラヘルツ周波数領域に調整することもできます[48]。

グラフェンの重要な特性

グラフェンが発見される前は、すべてではないにしても、ほとんどの物理学者は、熱力学的変動によって有限温度で2次元結晶が存在することはできないと信じていました。そのため、その発見はすぐに物性物理学を揺るがしました。理論と実験の両方の世界では、完全な2次元構造は絶対零度では安定できないと考えられていますが、単層グラフェンは実験的に作成されています。これらは、ナノスケールでのグラフェンの微視的なしわが原因である可能性があります。

グラフェンはまた、異常な整数量子ホール効果を示します。ホールコンダクタンス= 2e2 / h、6e2 / h、10e2 / h ...は量子コンダクタンスの奇数倍であり、室温で観察できます。この振る舞いは、科学者によって「グラフェンの電子は相対論的量子力学に従い、静的質量を持たない」と解釈されています。 2007年に、3つの論文が、グラフェンのpnまたはpnp接合で分数量子ホール効果の振る舞いが観察されたと主張しました。物理理論家はこの現象を説明しています。 2009年に、2つの米国チームがグラフェンの人口が1/3の分数量子ホール効果を観測しました。ハイム教授は、グラフェン研究の進歩と将来の展望について書いています。

要約すると、この論文ではグラフェンの応用について説明してきましたが、グラフェンの応用についてはますます深く理解されていると思います。この論文がすべての読者にとって大きな参考になることを願っています。

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