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El grafenoDe Wikipedia, la enciclopedia libre
No se debe confundir con grafema , grafano o Graphyne .
Este artículo puede ser demasiado técnica para la mayoría de los lectores entiendan . Por favor, ayudar a mejorar este artículo paraque sea comprensible para los no expertos , sin eliminar los detalles técnicos. La página de discusión puede contener sugerencias.(diciembre de 2013)
El grafeno es una celosía de nido de abeja a escala atómica hecho de átomos de carbono.
El grafeno es un 2-dimensional, cristalina alotrópica de carbono . En el grafeno, los átomos de
carbono están densamente empaquetados en un habitual sp 2 -consolidado alambre de pollo a
escala atómica ( hexagonal ) patrón. El grafeno puede ser descrita como una capa gruesa de un
átomo de grafito . Es el elemento estructural básico de otros alótropos, incluyendo grafito, carbón de
leña, los nanotubos de carbono y fulerenos . También se puede considerar como un indefinidamente
grande aromático molécula, el caso límite de la familia de planos hidrocarburos aromáticos
policíclicos .
Grafeno de alta calidad es resistente, ligero, casi transparente y un excelente conductor de calor y
electricidad. Sus interacciones con otros materiales y con la luz y su naturaleza intrínsecamente
bidimensional producen propiedades únicas, como el transistor bipolarefecto, el transporte
balístico de los cargos y grandes oscilaciones cuánticas.
En el momento de su aislamiento en 2004, [ 1 ] a muchos investigadores que estudian los nanotubos
de carbono ya estaban familiarizados con la composición del grafeno, estructura y propiedades, que
se había calculado décadas antes.
La combinación de familiaridad, propiedades extraordinarias y sorprendente facilidad de aislamiento
permitió un rápido aumento en la investigación de grafeno. Andre Geim y Konstantin Novoselov de
la Universidad de Manchester ganaron el Premio Nobel de Física en 2010 "para experimentos
innovadores con respecto a la bidimensional grafeno material » . [ 2 ]
Contenido
[ ocultar ]
1 Definición
2 Historia
3 Propiedades
o 3.1 Estructura
o 3.2 Química
o 3.3 Física
o 3.4 Electronic
o 3.5 Óptica
o 3.6 excitónicos
o 3.7 térmica
o 3.8 Mecánica
o 3.9 Giro de transporte
o 3,10 efecto Hall cuántico anómala
4 Formas
o 4.1 Nanostripes
o 4.2 óxido de grafeno
o 4.3 La modificación química
o 4.4 Efecto Casimir y la dispersión
o 4.5 bicapa de grafeno
o 4.6 grafeno 3D
5 Técnicas de producción
o 5.1 exfoliación mecánica
o 5.2 Epitaxia
o 5.3 Reducción de óxido de grafito
o 5.4 derrite metal-carbono
o 5.5 etóxido de sodio pirólisis
o 5.6 Nanotubos rebanar
o 5.7 exfoliación Solvente
o 5,8 exfoliación Surfactante asistido
o 5.9 Interfaz de atrapar
o 5.10 de reducción de dióxido de carbono
6 Las aplicaciones potenciales
o 6.1 Medicina
o 6.2 Los circuitos integrados
o 6.3 Redox
o 6.4 electrodos conductores transparentes
o 6.5 de destilación del etanol
o 6.6 Desalinización
o 6.7 Las células solares
o 6.8 de detección de gas de una sola molécula
o 6.9 Los puntos cuánticos
o 6,10 multiplicador de frecuencia
o 6,11 modulador óptico
o 6,12 aditivo refrigerante
o 6.13 Material de referencia
o 6.14 La gestión térmica
o 6.15 El almacenamiento de energía
o 6.16 Diseñado piezoelectricidad
o 6.17 Biodevice
7 teoría pseudo-relativista
8 Véase también
9 Referencias
10 Fuentes
11 Enlaces externos
Definición [ editar ]
"El grafeno" es una combinación de grafito y el sufijo -eno , nombrado por Hanns-Peter
Boehm , [ 3 ] que describe láminas de carbono de una sola capa en 1962. [ 4 ]
El término grafeno apareció por primera vez en 1987 [ 5 ] para describir hojas sueltas de grafito como
uno de los constituyentes de compuestos de intercalación de grafito (GIC); conceptualmente un GIC
es una sal cristalina de la intercalante y grafeno. El término también se utiliza en las primeras
descripciones de los nanotubos de carbono , [ 6 ] , así como para el grafeno epitaxial [ 7 ] y los
hidrocarburos aromáticos policíclicos. [ 8 ]
La IUPAC compendio de los estados de la tecnología: "antes, descripciones tales como capas de
grafito, capas de carbono u hojas de carbono se han utilizado para el término grafeno ... no es
correcto utilizarlo para una sola capa de un término que incluye el grafito plazo, que implicaría una
estructura tridimensional. El término grafeno debería ser usada sólo cuando se analizan las
reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales ". [ 9 ]
El grafeno puede ser considerado un "alternante infinito" (solo anillo de carbono de seis
miembros) de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). La molécula aislada más grande
conocido HAP consiste de 222 átomos y tiene 10 anillos de benceno a través. [ 10 ] Se ha demostrado
que es difícil de sintetizar moléculas incluso un poco más grandes, y todavía seguir siendo "un
sueño de muchos químicos orgánicos y polímeros". [ 11 ]
Una definición de "aislado o libre de pie grafeno" se propuso: ". Grafeno es un plano atómico única
de grafito, que - y esto es esencial - está suficientemente aislada de su entorno para ser
considerado de independiente" [ 12 ] Esta definición es más estrecha que la definición dada
anteriormente y se refiere a los escindidos, transferidos y suspendidos monocapas de grafeno.[ cita
requerida ] Otras formas de grafeno, como el grafeno crecido en varios metales, pueden llegar a ser
independiente si, por ejemplo, suspendidos o trasladados a silicio dióxido de ( SiO
2 ) ocarburo de silicio (después de su pasivación con hidrógeno). [ 13 ]
Historia [ editar ]
En 1859 Benjamin Collins Brodie era consciente de la altamente lamelar estructura térmicamente
reduce el óxido de grafito . [ 14 ]
La estructura de grafito se resolvió en 1916. [ 15 ] por el método relacionado de difracción de
polvo , [ 16 ] [ 17 ] Se ha estudiado en detalle por V. Kohlschütter y P. Haenni en 1918, que también
describe las propiedades del óxido de grafito papel . [ 18 ] Su estructura se determinó a partir de
difracción de cristal único en 1924. [ 19 ] [ 20 ]
La teoría de grafeno fue explorado por primera vez por PR Wallace en 1947 como punto de partida
para la comprensión de las propiedades electrónicas de grafito 3D. La ecuación de Dirac sin masa
emergente fue señalada por primera vez por Walter Gordon Semenoff y David P. DeVincenzo y
Eugene J. Mele. [ 21 ] Semenoff destacó la presencia de un campo magnético de una
electrónica Landau nivel precisamente en el punto de Dirac. Este nivel es responsable de la entera
anómala efecto Hall cuántico. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]
Las imágenes TEM primeros de grafito pocas capas fueron publicadas por G. Reuss y F. Vogt en
1948. [ 25 ] Más tarde, capas de grafeno individuales también fueron observados directamente por
microscopía electrónica. [ 26 ] Antes de 2004 compuestos de grafito intercalados fueron estudiados
bajo un microscopio electrónico de transmisión (TEM). Los investigadores observan ocasionalmente
copos de grafito delgadas ("capa de grafeno pocos") y, posiblemente, incluso las capas
individuales. Un primer estudio, detallado en las fechas de grafito algunas capas a 1962.[ 27 ] [ 28 ]
A partir de la década de 1970 una sola capa de grafito se cultivaron epitaxialmente encima de otros
materiales. [ 29 ] Este "grafeno epitaxial" se compone de un solo átomo de espesor red hexagonal
de sp 2 -consolidado átomos de carbono, como en el grafeno independiente. Sin embargo, no es
importante transferencia de carga desde el sustrato a la grafeno epitaxial, y, en algunos casos, la
hibridación entre los orbitales d de los átomos de sustrato y orbitales π de grafeno, que altera
significativamente la estructura electrónica de grafeno epitaxial.
Capas individuales de grafito también se observaron por microscopía electrónica de
transmisión dentro de los materiales a granel, en particular, el hollín en el interior obtenida por
exfoliación química. Los esfuerzos para hacer películas delgadas de grafito por exfoliación mecánica
comenzaron en 1990, [ 30 ] pero nada más fino que 50 a 100 capas se produjo antes de 2004.
Una masa de grafito, un transistor de grafeno y un dispensador de cinta. Donado al museo Nobel en Estocolmo
por Andre Geim y Konstantin Novoselov en 2010.
Los intentos iniciales para hacer películas de grafito atómicamente delgadas emplean técnicas de
exfoliación similar al método de dibujo. Se obtuvieron muestras de capas múltiples de hasta 10 nm
de espesor. [ 31 ] Papeles viejos fueron desenterrados [ 27 ] en el que los investigadores trataron de
aislar el grafeno a partir de compuestos intercalados. Estos papeles informaron de la observación de
fragmentos de grafito muy delgados (monocapas) posiblemente por microscopía electrónica de
transmisión. Ninguna de las anteriores observaciones era suficiente para "despertar la fiebre del oro
de grafeno", que aguardaba muestras macroscópicas de planos atómicos extraídos.
Una de las primeras patentes relacionadas con la producción de grafeno se presentó en octubre de
2002 (patente de EE.UU.. 7071258). [ 32 ] Bajo el título, "Nano escala placas de grafeno", esta patente
se detalla una de la primera producción de grafeno a gran escala procesos. Dos años más tarde, en
2004 Andre Geim y Kostya Novoselov de la Universidad de Manchester extraen cristalitos
individuales-de un átomo de espesor de grafito a granel.[ 33 ] Sacaron capas de grafeno a partir del
grafito y los transferidos a delgada SiO
2 sobre una oblea de silicio en un proceso llamado o bien la escisión micromecánica o la cinta
Scotch técnica. El SiO
2 aislado eléctricamente el grafeno y débilmente interactuó con ella, proporcionando capas de
grafeno casi carga neutra. El silicio por debajo de la de SiO
2 se podría utilizar como un electrodo de "puerta trasera" para variar la densidad de carga en el
grafeno en un amplio intervalo. Ellos pueden no haber sido el primero en utilizar esta
técnica- patente 6667100 EE.UU. , presentada en 2002, describe cómo procesar comercialmente
disponible grafito expandido flexible para conseguir un espesor de grafito de 0,01 milésimas de
pulgada. La clave del éxito fue alto rendimiento reconocimiento visual de grafeno sobre un sustrato
adecuadamente elegido, que ofrece una pequeña pero notable contraste óptico.
La técnica de escisión condujo directamente a la primera observación del efecto Hall cuántico
anómala en el grafeno, [ 22 ] [ 24 ] que proporciona una evidencia directa de grafeno de teoría
predijofase de Berry de sin masa fermiones de Dirac . El efecto se informó poco después por Philip
Kim y Yuanbo Zhang en 2005. Estos experimentos comenzaron después de que los investigadores
observaron los colegas que buscaban el efecto Hall cuántico [ 34 ] y los fermiones de Dirac [ 35 ] en
grafito a granel.
A pesar de que el grafeno en el níquel y el carburo de silicio han existido tanto en el laboratorio
durante décadas, el grafeno exfoliada mecánicamente sobre SiO
2 proporcionó la primera prueba de la naturaleza de fermiones de Dirac de electrones. [ cita requerida ]
Andre Geim y Konstantin Novoselov, 2010
Geim y Novoselev recibido varios premios por su investigación pionera sobre el grafeno, en
particular el 2010 Premio Nobel de Física . [ 36 ]
Propiedades [ editar ]
Estructura [ editar ]
La estructura atómica de aislado, grafeno de una sola capa se estudió por microscopía electrónica
de transmisión (TEM) en hojas de grafeno suspendidas entre las barras de una rejilla
metálica. [ 26 ] patrones de difracción de electrones mostraron la celosía de nido de abeja
esperado.Grafeno suspendido también mostró "ondulación" de la hoja plana, con una amplitud de
alrededor de un nanómetro. Estas ondulaciones pueden ser intrínsecas al material como resultado
de la inestabilidad de los cristales de dos dimensiones, [ 31 ] [ 37 ] [ 38 ] o pueden proceder de la suciedad
ubicua visto en todas las imágenes de TEM de grafeno. Resolución atómica imágenes del espacio
real de aislado, el grafeno de una sola capa de SiO
2sustratos están disponibles [ 39 ] [ 40 ] a través de la microscopía de efecto túnel . Fotoresinas residuo,
que debe ser eliminado para obtener imágenes de resolución atómica, puede ser el " adsorbatos "
se observa en las imágenes de TEM, y puede explicar la ondulación observada. De ondulación
en SiO
2 es causada por la conformación de grafeno al subyacente de SiO
2 , y no es intrínseca. [ 39 ]
Hojas de grafeno en forma sólida, por lo general muestran evidencia de difracción de (002) de capas
de grafito. Es el caso de algunas nanoestructuras de pared única. [ 41 ] Sin embargo, el grafeno
desestratificado con sólo (hk0) anillos se ha encontrado en el núcleo de presolares cebollas
grafito. [ 42 ] Los estudios de TEM muestran facetas a defectos en las láminas de grafeno planos [ 43 ] y
sugieren un papel para la cristalización de dos dimensiones a partir de una masa fundida.
El grafeno puede agujeros de auto-reparación en sus hojas, cuando expuestos a las moléculas que
contienen carbono, tales como hidrocarburos . Bombardeado con átomos de carbono puro, los
átomos se alinean perfectamente en hexágonos , llenando completamente los agujeros. [ 44 ] [ 45 ]
Química [ edit ]
El grafeno es la única forma de carbono (y en general todos los materiales sólidos) en el que cada
átomo está en la exposición de reacción química a partir de dos lados (debido a la estructura
2D). Se sabe que los átomos de carbono en el borde de las hojas de grafeno tener reactividad
química especial, y grafeno tiene la proporción más alta de carbonos nervioso (en comparación con
materiales similares, tales como nanotubos de carbono). Además, varios tipos de defectos dentro de
la hoja, que son muy comunes, aumentan la reactividad química. [ 46 ] de grafeno hojas sueltas
queman a muy baja temperatura (por ejemplo, 350 ° C). [ 47 ] De hecho, el grafeno es químicamente
la más forma reactiva de carbono, debido a la disponibilidad lateral de átomos de carbono. El
grafeno se modifica comúnmente con grupos funcionales que contienen nitrógeno-oxígeno-y y se
analizó por espectroscopía de infrarrojo y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X. Pero, la
determinación de las estructuras de grafeno con-oxígeno [ 48 ] y nitrógeno- [ 49 ] que contiene grupos
funcionales es una tarea difícil a menos que las estructuras están bien controlados.
En 2013, la Universidad de Stanford físicos informaron que las hojas de grafeno un átomo de grosor
son cientos de veces más reactivo químicamente que las hojas más gruesas. [ 50 ]
Física [ edit ]
El enlace carbono-carbono en el grafeno longitud es de unos 0.142 nanómetros . [ 51 ] hojas de
grafeno se apilan para formar grafito con una distancia interplanar de 0.335 nm.
Electronic [ edit ]
GNR estructura de bandas para la orientación en zig-zag.Tightbinding cálculos muestran que la orientación de
zigzag es siempre metálica.
GNR estructura de bandas para la orientación sillón. Cálculos Tightbinding muestran que la orientación sillón
puede semiconductor o metálico dependiendo del ancho (quiralidad).
El grafeno difiere de la mayoría de los materiales tridimensionales. Grafeno intrínseca es
un semimetal o-GAP cero de semiconductores . La comprensión de la estructura electrónica del
grafeno es el punto de partida para encontrar la estructura de bandas de grafito. La relación de
energía-momento ( relación de dispersión ) es lineal para bajas energías cerca de las seis esquinas
de la hexagonal bidimensional zona de Brillouin , lo que lleva a cero la masa efectiva de electrones
y agujeros . [ 52 ]Debido a esto lineal (o " cónico ") relación de dispersión a bajas energías, los
electrones y los agujeros cerca de estos seis puntos, dos de los cuales son no equivalentes, se
comportan como relativistas partículas descritas por la ecuación de Diracpara el spin-1/2
partículas. [ 53 ] [ 54 ] Por lo tanto, los electrones y los huecos son llamados Dirac fermiones y las seis
esquinas de la zona de Brillouin se llaman los puntos de Dirac. [ 53 ] La ecuación que describe
relación de dispersión lineal de los electrones es , donde la velocidad de
Fermi v F ~ 10 6 m / s , y el vector de onda k se mide a partir de los puntos de Dirac (el cero de la
energía se elige aquí para coincidir con los puntos de Dirac). [ 54 ]
El transporte de electrones [ edit ]
Los resultados experimentales de las mediciones de transporte muestran que el grafeno tiene una
muy alta movilidad de electrones a temperatura ambiente, con los valores reportados en más
de 15 000 cm 2 · V -1 · s -1 . [ 31 ] Además, la simetría de la conductancia medida experimentalmente
indica ese agujero y movilidades de electrones debe ser casi la misma. [ 52 ] La movilidad es casi
independiente de la temperatura entre 10 K y 100 K , [ 22 ] [ 55 ] [ 56 ] lo que implica que el mecanismo de
dispersión dominante es la dispersión de defecto . Dispersión por los acústicos fonones de grafeno
intrínsecamente límites habitación movilidad temperatura a 200 000 cm 2 · V -1 · s -1 a una densidad
de portadores de 10 12 cm -2 . [ 56 ] [ 57 ] El correspondiente resistividad de la hoja de grafeno sería
ser 10 -6 Ω · cm . Esto es menos que la resistividad de la plata , el más bajo conocido a temperatura
ambiente. [ 58 ] Sin embargo, para grafeno en SiO
2 sustratos, dispersión de electrones por fonones ópticos del sustrato es un efecto mayor a
temperatura ambiente de la dispersión por propios fonones de grafeno . Esto limita la movilidad
de 40 000 cm 2 · V -1 · s -1 . [ 56 ]
A pesar de la densidad de portadores cero cerca de los puntos de Dirac, el grafeno presenta una
mínima conductividad del orden de . El origen de esta conductividad mínima todavía no está
claro. Sin embargo, la ondulación de la hoja de grafeno o impurezas ionizadas en el SiO
2 sustrato puede provocar charcos locales de las compañías que permiten la conducción. [ 52 ] Varias
teorías sugieren que la conductividad mínima debería ser , sin embargo, la mayoría de
las medidas son de orden o mayor [ 31 ] y dependerá de la concentración de impurezas. [ 59 ]
El grafeno dopado con diversas especies gaseosas (ambos aceptores y donantes) puede ser
devuelto a un estado no dopado por calentamiento suave en vacío. [ 59 ] [ 60 ] Incluso en el caso de
dopante concentraciones en exceso de 10 12 cm 2 movilidad del portador no presenta cambio
observable. [ 60 ] El grafeno dopado con potasio en ultra-alto vacío a baja temperatura puede reducir
la movilidad de 20 veces. [ 59 ] [ 61 ] La reducción de la movilidad es reversible en calentar el grafeno
para eliminar el potasio.
Debido a las dos dimensiones del grafeno, cargue fraccionamiento (donde la carga aparente de
pseudopartículas individuales en sistemas de baja dimensionalidad es menor que un único
cuanto [ 62 ] ) se cree que ocurre. Por lo tanto, puede ser un material adecuado para la construcción
de ordenadores cuánticos [ 63 ] usando anyonic circuitos. [ 64 ]
Óptico [ edit ]
Fotografía del grafeno en luz transmitida. Este cristal de un solo átomo de espesor puede ser visto a simple
vista, ya que absorbe aproximadamente el 2,3% de la luz blanca.
Propiedades ópticas únicas de grafeno producen una inesperadamente alta opacidad para una
monocapa atómica en el vacío, absorbiendo πα ≈ 2,3% de los blancos de luz , donde α es
la constante de estructura fina . [ 65 ] Se trata de una consecuencia de la "estructura electrónica de
baja energía inusual de monocapa de grafeno que cuenta con electrones y huecos bandas
cónicos reunirse entre sí en el punto de Dirac ... [que] es cualitativamente diferente de la más
comunes bandas masivas cuadráticas ". [ 66 ] Sobre la base de la (swmcc) modelo de banda
Slonczewski-Weiss-McClure de grafito, la distancia interatómico, el valor y la frecuencia de salto se
cancelan cuando la conductancia óptica se calculó utilizandoecuaciones de Fresnel en el límite de
película delgada.
Aunque confirmado experimentalmente, la medición no es lo suficientemente precisa para mejorar
en otras técnicas para determinar la constante de estructura fina . [ 67 ]
De grafeno brecha de banda se puede ajustar desde 0 hasta 0,25 eV (alrededor de 5 longitud de
onda micrómetros) mediante la aplicación de tensión a una de doble puerta de grafeno
bicapa transistor de efecto campo (FET) a temperatura ambiente. [ 68 ] La respuesta óptica
de nanocintas de grafeno es sintonizable en el terahertz régimen por un campo magnético
aplicado. [ 69 ] presentan sistemas de óxido de grafeno / grafeno comportamiento electrocrómico , lo
que permite la sintonización de ambas propiedades ópticas lineales y ultrarrápidas. [ 70 ]
Un basados en el grafeno rejilla de Bragg (unidimensional de cristal fotónico ) ha sido fabricado y
demostrado su capacidad para la excitación de las ondas electromagnéticas superficiales en la
estructura periódica mediante el uso de 633 nm de láser de He-Ne como la fuente de luz. [ 71 ]
Absorción saturable [ edit ]
Tal absorción única podría llegar a ser saturada cuando la intensidad óptica de entrada está por
encima de un valor umbral. Este comportamiento óptico no lineal se denomina absorción saturable y
el valor umbral se llama la fluencia de saturación. El grafeno puede ser saturado fácilmente bajo una
fuerte excitación más de lo visible ainfrarrojo cercano región, debido a la absorción óptica universal y
brecha de banda cero. Esto tiene relevancia para el modo de bloqueo de los láseres de fibra , donde
el modo de bloqueo FullBand se ha logrado mediante absorbente saturable a base de
grafeno. Debido a esta propiedad especial, el grafeno tiene una amplia aplicación en
ultrarrápidos fotónica . Por otra parte, la respuesta óptica de capas de óxido de grafeno / grafeno
puede ser sintonizado eléctricamente. [ 70 ] [ 72 ] de absorción saturable en el grafeno podría ocurrir en
el microondas y banda de terahercios, debido a su propiedad de absorción óptica de banda
ancha. El microondas absorción saturable en el grafeno demuestra la posibilidad de dispositivos de
microondas grafeno y fotónica terahertz, tales como microondas absorbente saturable, modulador,
polarizador, procesamiento de señales de microondas y redes de acceso inalámbrico de banda
ancha. [ 73 ]
Efecto no lineal Kerr [ edit ]
Bajo iluminación láser más intensiva, el grafeno también podría tener un cambio de fase no lineal
debido a la óptica no lineal efecto Kerr . Sobre la base de una medición típica apertura z-scan se
abren y cierran, el grafeno posee un coeficiente de Kerr no lineal gigante de 10 -7 cm 2 · W -1 , casi
nueve órdenes de magnitud mayores que la de los dieléctricos a granel. [ 74 ] Esto sugiere que el
grafeno puede ser un medio Kerr no lineal, allanando el camino para no lineales fotónica Kerr
basados en el grafeno como un solitón .
Excitónica [ edit ]
Primera-principales cálculos con correcciones cuasipartículas y los efectos de muchos cuerpos se
llevan a cabo para estudiar las propiedades electrónicas y ópticas de los materiales basados en el
grafeno. El enfoque es descrito como tres etapas. [ 75 ] Con cálculo GW, las propiedades de los
materiales basados en el grafeno se investigan con precisión, incluyendo el grafeno, [ 76 ] nanocintas
grafeno , [ 77 ] de punta y la superficie funcionalizados nanocintas grafeno sillón, [ 78 ] de hidrógeno
nanocintas grafeno sillón saturadas, [ 79 ] el efecto Josephson en los cruces del SNS de grafeno con
defectos única localizada [ 80 ] y las propiedades de escala en nanocintas grafeno sillón. [ 81 ]
Térmica [ edit ]
Estabilidad [ edit ]
Ab initio cálculos muestran que una hoja de grafeno es termodinámicamente inestable si su tamaño
es menor de aproximadamente 20 nm ("grafeno es la estructura menos estable hasta alrededor de
6000 átomos de") y se convierte en la más estable de fullereno (como en el grafito) sólo para
moléculas más grandes que 24.000 átomos. [ 82 ]
Conductividad [ edit ]
La temperatura cerca de la habitación conductividad térmica de grafeno se midió a ser de entre
(4,84 ± 0,44) × 10 3 a (5,30 ± 0,48) × 10 3 W · m -1 · K -1 . Estas mediciones, realizadas por una
técnica óptica sin contacto, están en exceso de los medidos para los nanotubos de carbono o
diamantes. La composición isotópica, la proporción de 12 C a 13 C , tiene un impacto significativo en
la conductividad térmica, donde isotópicamente puro 12 grafeno C tiene mayor conductividad que
cualquiera de una relación de isótopos de 50:50 o la relación de origen natural 99:1. [ 83 ] Se puede
demostrar mediante el uso de la ley de Wiedemann-Franz , que la conducción térmica es fonón -
dominada. [ 84 ] Sin embargo, para una tira de grafeno cerrada, una polarización de compuerta
aplicado causando una energía de Fermi cambio mucho mayor que k B T puede causar que el
contribución electrónica para aumentar y dominar sobre el fonón contribución a bajas
temperaturas. La conductividad térmica del grafeno balístico es isotrópica. [ 85 ] [ 86 ]
Potencial para este alta conductividad puede ser visto por considerar grafito, una versión en 3D de
grafeno que tiene basal plano de conductividad térmica de más de un 1 000 W · m -1 · K -
1(comparable al diamante ). En el grafito, el eje c (fuera de plano) conductividad térmica es más de
un factor de ~ 100 más pequeña debido a las fuerzas de unión débiles entre planos basales, así
como el mayor espaciado reticular . [ 87 ] Además, la conductancia térmica de balística un grafeno se
muestra para dar el límite inferior de las conductancias térmicas balísticos, por unidad de
circunferencia, la longitud de los nanotubos de carbono. [ 88 ]
A pesar de su naturaleza 2-D, el grafeno tiene 3 fonones acústicos modos. Los dos modos en el
plano (LA, TA) tener un lineal relación de dispersión , mientras que la del modo de avión (ZA) tiene
una relación de dispersión cuadrática. Debido a esto, el T 2 contribución térmica dependiente de la
conductividad de los modos lineales está dominado a bajas temperaturas por el T 1,5contribución de
la salida de modo de avión. [ 88 ] Algunas bandas de fonones de grafeno muestran
negativos parámetros Grüneisen . [ 89 ] A bajas temperaturas (donde la mayoría de los modos ópticos
con parámetros positivos Grüneisen todavía no se excitan) la contribución de los parámetros
negativos Grüneisen será dominante y coeficiente de expansión térmica (que es directamente
proporcional a los parámetros Grüneisen) negativo. Los precios más parámetros negativos
Grüneisen corresponden a los modos ZA acústicas transversales más bajas.Frecuencias de Phonon
para tales modos aumentan con el en el plano parámetro de red desde los átomos en la capa tras el
estiramiento serán menos libre de moverse en la dirección z. Esto es similar al comportamiento de
una cadena, que, cuando se estira, tendrá vibraciones de pequeña amplitud y una frecuencia más
alta. Este fenómeno, llamado "efecto membrana", fue predicho por Lifshitz en 1952. [ 90 ]
Mecánica [ edit ]
La hoja de grafeno plana es inestable con respecto al desplazamiento es decir, la flexión en una
forma cilíndrica, que es su estado de menor energía. [ 91 ]
A partir de 2009, el grafeno parecía ser uno de los materiales más resistentes conocidos con
una resistencia a la rotura de más de 100 veces mayor que un hipotético acero película del mismo
grosor (fino), [ 92 ] con un módulo de Young (rigidez) de 1 tonelada ( 150 000 000 psi ). [ 93 ] El anuncio
Nobel ilustra esto diciendo que un grafeno hamaca 1 metro cuadrado apoyaría un 4 kggato pero
pesaría sólo lo que uno de los bigotes del gato, a 0,77 mg (aproximadamente 0,001% de la peso de
1 m 2 de papel). [ 92 ]
Sin embargo, el proceso de separación que de grafito, en el que se produce naturalmente, requiere
el desarrollo tecnológico que ser lo suficientemente económico para ser utilizado en procesos
industriales. [ 94 ] [ 95 ]
La constante de resorte de hojas de grafeno suspendidas se ha medido utilizando un microscopio de
fuerza atómica (AFM). Hojas de grafeno, se mantienen unidos por fuerzas de van der Waals, se
suspendieron sobre SiO
2 cavidades donde una punta de AFM se sondeó para probar sus propiedades mecánicas. Su
constante de resorte estaba en el rango de 1-5 N / m y la rigidez era 0,5 tPA , que difiere de la del
grafito a granel. Estos valores altos hacen que el grafeno muy fuerte y rígida. Estas propiedades
intrínsecas podrían llevar al uso de grafeno para NEMSaplicaciones como sensores de presión y
resonadores. [ 96 ]
Como ocurre con todos los materiales, las regiones del grafeno están sujetas a las fluctuaciones
térmicas y cuánticas en desplazamiento relativo. Aunque la amplitud de estas fluctuaciones es
limitada en las estructuras en 3D (incluso en el límite de tamaño infinito), el teorema de Mermin-
Wagner muestra que la amplitud de las fluctuaciones de longitud de onda larga crece
logarítmicamente con la escala de una estructura 2D, por lo que sería sin límites en estructuras de
tamaño infinito. Deformación local y la tensión elástica se ve ligeramente influido por esta
divergencia de largo alcance en el desplazamiento relativo. Se cree que una suficientemente grande
estructura 2D, en la ausencia de tensión lateral aplicada, se doblará y arrugar para formar una
estructura 3D fluctuante. Los investigadores han observado ondas en capas de grafeno
suspendidas, [ 26 ] y se ha propuesto que las ondas son causadas por las fluctuaciones térmicas en el
material. Como consecuencia de estas deformaciones dinámicas, es discutible si el grafeno es
verdaderamente una estructura 2D. [ 31 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 97 ]
Transporte de Spin [ edit ]
El grafeno se afirma que es un material ideal para la espintrónica , debido a su pequeña interacción
spin-órbita y la casi ausencia de momentos magnéticos nucleares en carbono (así como una
débil interacción hiperfina ). Eléctrico giro actual de inyección y detección se ha demostrado hasta la
temperatura ambiente. [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ] se observó longitud de centrifugado coherencia por encima de 1
micrómetro a temperatura ambiente, [ 98 ] y el control de la polaridad de la corriente de centrifugado
con una puerta eléctrica era observado a baja temperatura. [ 99 ]
Efecto Hall cuántico anómala [ edit ]Esta sección puede ser demasiado técnica para la mayoría de los lectores entiendan . Por favor, ayudar a mejorar esta sección para que sea comprensible para los no expertos , sin eliminar los detalles técnicos. La página de discusión puede contener sugerencias.(diciembre de 2013)
El efecto Hall cuántico es relevante para la medición precisa de magnitudes eléctricas, y en
1985 Klaus von Klitzing recibió el premio Nobel por su descubrimiento. El efecto se refiere a la
dependencia de una conductividad transversal en un campo magnético , que es perpendicular a una
banda de transporte de corriente. Por lo general, el fenómeno, la cuantificación de la
llamadaconductividad Pasillo en múltiplos enteros (el " nivel de Landau ") de la cantidad de
base (donde e es la carga eléctrica elemental y h es la constante de Planck ) puede
observarse sólo en muy limpio de silicio o arseniuro de galio sólidos a temperaturas muy bajas
alrededor de 3 K y campos magnéticos muy elevados.
En contraste grafeno muestra el efecto Hall cuántico sólo en la presencia de un campo magnético y
sólo con respecto a la conductividad-de cuantificación: el efecto es anómala en que la secuencia de
stepsis desplazado por medio con respecto a la secuencia estándar y con un adicional factor de
4. Pasillo conductividad de grafeno es , donde N es el nivel
de Landau y el doble valle y degeneraciones dobles de spin dar el factor de 4. [ 31 ] Por otra parte, en
el grafeno estas anomalías están presentes a temperatura ambiente, es decir, a más o menos 20 °
C . [ 22 ] Este comportamiento anómalo es un resultado directo de electrones sin masa de Dirac del
grafeno. En un campo magnético, su espectro tiene un nivel de Landau con energía precisamente
en el punto de Dirac. Este nivel es una consecuencia del Teorema del Índice de Atiyah-Singer y está
medio llena en el grafeno neutral, [ 53 ] que conduce a la "1/2" en la conductividad Hall. [ 23 ] bicapa de
grafeno también muestra el efecto Hall cuántico, pero con sólo una de las dos anomalías (es
decir, ). En la segunda anomalía, la primera meseta en N = 0 está
ausente, lo que indica que el grafeno bicapa permanece metálico en el punto de neutralidad. [ 31 ]
A diferencia de los metales normales, la resistencia longitudinal de grafeno muestra máximos en
lugar de mínimos para valores enteros de el factor de Landau llenado en las mediciones de
lasoscilaciones Shubnikov-de Haas , que muestran un desplazamiento de fase de π, conocida
como fase de Berry . [ 22 ] [ 52 ] Berry fase se presenta debido a la masa portadora efectiva cero cerca
de los puntos de Dirac. [ 24 ] Estudio de la dependencia de la temperatura de las oscilaciones
Shubnikov-de Haas del grafeno revela que las compañías tienen una masa ciclotrón distinto de cero,
a pesar de su masa cero eficaz de la E- k respecto. [ 22 ]
Muestras de grafeno prepararon en películas de níquel, y tanto en la cara de silicio y la cara de
carbono de carburo de silicio , muestran el efecto Hall cuántico anómala directamente en las
mediciones eléctricas. [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] Grafítico capas en la cara de carbono de carburo de
silicio muestran una clara espectro de Dirac en ángulo de fotoemisión resuelta enlos experimentos, y
el efecto Hall cuántico anómala se observa en la resonancia de ciclotrón y experimentos de
túnel. [ 107 ]
Los fuertes campos magnéticos [ editar ]
Efecto Hall cuántico de grafeno en los campos magnéticos de más de 10 Teslas o menos revela
interesantes características adicionales. Mesetas adicionales de la conductividad Hall
en con se observan. [ 108 ] Además, la observación de una
meseta a [ 109 ] y el efecto Hall cuántico fraccionario en fueron reportados. [ 109 ] [ 110 ]
Estas observaciones con indican que la degeneración de cuatro veces
(dos valle y dos grados de libertad de giro) de los niveles de energía de Landau es levantada
parcialmente o completamente. Una hipótesis es que la catálisis magnético de ruptura de simetría es
responsable de levantar la degeneración. [ cita requerida ]
Formas [ editar ]
Nanostripes [ edit ]
Nanocintas grafeno ("nanostripes" en la orientación de "zig-zag"), a bajas temperaturas, muestran
las corrientes de borde metálico de espín polarizado, lo que también sugiere aplicaciones en el
nuevo campo de la espintrónica . (En la orientación "a la moda", los bordes se comportan como
semiconductores. [ 111 ] )
Óxido de grafeno [ edit ]
Más información: óxido de grafito
Utilizando técnicas de fabricación de papel en dispersos, oxidadas y grafito procesada
químicamente en el agua, los copos de monocapa forman una sola hoja y crear fuertes lazos. Estas
hojas, llamados papel de óxido de grafeno tienen un medido módulo de tracción de 32 GPa . [ 112 ] La
propiedad química del óxido de grafito se relaciona con los grupos funcionales unidos a las hojas de
grafeno. Estos pueden cambiar la vía de polimerización y procesos químicos similares. [ 113 ] escamas
de óxido de grafeno en polímeros muestran mejoradas propiedades de la fotografía de
conducción. [ 114 ] a base de membranas de grafeno son impermeables a los gases y líquidos (vacío
estanco). Sin embargo, el agua se evapora a través de ellos lo más rápidamente si la membrana no
estaba presente. [ 115 ]
La modificación química [ editar ]Esta sección puede ser demasiado técnica para la mayoría de los lectores entiendan . Por favor, ayudar a mejorar esta sección para que sea comprensible para los no expertos , sin eliminar los detalles técnicos. La página de discusión puede contener sugerencias.(diciembre de 2013)
Fotografía de óxido de grafeno de una sola capa de someterse a un tratamiento químico de alta temperatura, lo
que resulta en el plegamiento de la hoja y la pérdida de funcionalidad carboxílico, o por medio de sala de
tratamiento carbodiimida temperatura, colapsando en grupos en forma de estrella.
Fragmentos solubles de grafeno se pueden preparar en el laboratorio [ 116 ] a través de la
modificación química de grafito. En primer lugar, el grafito microcristalina se trata con una mezcla
ácida de ácido sulfúrico y ácido nítrico . Una serie de etapas de oxidación y de exfoliación producen
pequeñas placas de grafeno con carboxilo grupos en sus bordes. Estos se convierten encloruro de
ácido por grupos de tratamiento con cloruro de tionilo ; siguiente, que se convierte en el
correspondiente grafenoamida a través de tratamiento con octadecilamina . El material resultante
(capas de grafeno circulares de 5,3 Angstrom de espesor) es soluble
en tetrahidrofurano , tetraclorometano y dicloroetano .
Calentamiento a reflujo de óxido de grafeno de una sola capa (SLGO) en disolventes conduce a la
reducción de tamaño y de plegado de las hojas individuales, así como la pérdida de la funcionalidad
de grupo carboxílico, hasta en un 20%, lo que indica inestabilidades térmicas de hojas SLGO
dependientes de su metodología de preparación. Cuando se utiliza cloruro de tionilo,cloruro de
acilo grupos de resultado, que a continuación pueden formar alifáticos y amidas aromáticas con una
conversión de reactividad de alrededor de 70-80%.
Resultados de la titulación Boehm para diversas reacciones químicas de óxido de grafeno de una sola capa, que
revelan la reactividad de los grupos carboxílicos y la estabilidad resultante de las hojas SLGO después del
tratamiento.
Hidrazina reflujo se utiliza comúnmente para reducir SLGO a SLG (R), pero titulaciones muestran
que sólo alrededor del 20-30% de los grupos carboxílicos se pierden, dejando un número
significativo disponible para la fijación química. Análisis de SLG (R) generada por esta ruta revela
que el sistema es inestable y el uso de una temperatura ambiente de agitación con HCl (<1,0 M)
conduce a la pérdida de alrededor de 60% de la funcionalidad COOH. Tratamiento de la temperatura
ambiente de SLGO concarbodiimidas conduce al colapso de las hojas individuales en
conglomerados en forma de estrella que mostraron pobres reactividad posterior con aminas (ca. 3-
5% de conversión del producto intermedio en la amida final). [ 117 ] Es evidente que el tratamiento
químico convencional de grupos carboxílicos sobre SLGO genera cambios morfológicos de hojas
individuales que conduce a una reducción en la reactividad química, que podrían limitar su uso en la
síntesis de compuesto. Por lo tanto, se han explorado las reacciones químicas tipos. SLGO también
se ha injertado con polialilamina , reticulada a través de epoxigrupos. Cuando se filtra en papel de
óxido de grafeno, estos compuestos presentan mayor rigidez y resistencia en relación con el papel
de óxido de grafeno no modificado. [ 118 ]
Completa hidrogenación de ambos lados de resultados hoja de grafeno en grafano , pero
hidrogenación parcial conduce a la hidrogenado grafeno. [ 119 ] Del mismo modo, la fluoración tanto
del lado de grafeno (o química y exfoliación mecánica de fluoruro de grafito) conduce
a fluorographene (fluoruro de grafeno), mientras fluoración parcial (generalmente halogenación)
proporciona fluorado (halogenados) grafeno.
Efecto Casimir y la dispersión [ edit ]
El efecto Casimir es una interacción entre los órganos neutrales disjuntos provocados por las
fluctuaciones del vacío electrodinámica. Matemáticamente se puede explicar considerando los
modos normales de los campos electromagnéticos, que dependa explícitamente de la frontera (o
documentos) las condiciones en las superficies de los cuerpos en interacción. Dado que la
interacción del grafeno con un campo electromagnético es sorprendentemente fuerte para un
material de un solo átomo de espesor, el efecto Casimir es de interés creciente. [ 120 ] [ 121 ]
La fuerza de van der Waals relacionada (o fuerza de dispersión) también es inusual, obedeciendo a
una ley del inverso del poder cúbico, asintótica en contraste con el de cuarto grado inversa
habitual. [ 122 ]
Grafeno bicapa [ edit ]
Artículo principal: bicapa de grafeno
Grafeno bicapa muestra el efecto Hall cuántico anómala , un sintonizable de banda prohibida [ 123 ] y
el potencial de condensación excitónica [ 124 ] -haciéndolos candidatos prometedores para
aplicaciones optoelectrónicas y nanoelectrónica. Grafeno bicapa típicamente se puede encontrar ya
sea en configuraciones retorcidos donde las dos capas se hacen girar uno respecto al otro o de
grafito Bernal apilan configuraciones en las que la mitad de los átomos en una mentira capa encima
de la mitad de los átomos en el otro. Orden y la orientación de apilamiento gobiernan las
propiedades ópticas y electrónicas del grafeno bicapa.
Una manera de sintetizar el grafeno bicapa es a través de la deposición de vapor químico , y puede
producir grandes regiones bicapa que conforman casi exclusivamente a una geometría de pila
Bernal. [ 125 ]
Grafeno 3D [ edit ]
En 2013, una de tres dimensiones en forma de panal de carbono dispuestos hexagonal se
denominó grafeno 3D. [ 126 ]
Técnicas de producción [ editar ]
Los verdaderos cristales 2D aislados no pueden ser cultivadas a través de la síntesis química más
allá de pequeños tamaños, incluso en principio. Sin embargo, existen otras rutas a materiales 2d:
Fuerzas Fundamental lugar barreras aparentemente insuperables en el camino de la creación
[cristales 2D] ... Los cristalitos 2D nacientes tratan de minimizar su energía superficial e
inevitablemente transformarse en uno de la gran variedad de estructuras 3D estables que se
producen en el hollín.
Pero hay una forma de evitar el problema. Interacciones con estructuras 3D estabilizar cristales 2D
durante el crecimiento. Así se puede hacer cristales 2D emparedadas entre o se colocan en la parte
superior de los planos atómicos de un cristal mayor. A este respecto, el grafeno ya existe dentro de
grafito ... Entonces se puede esperar para engañar a la Naturaleza y extraer cristalitos individuales-
de un átomo de espesor a una temperatura lo suficientemente baja para que se mantengan en el
estado templado prescrito por el original de crecimiento 3D de mayor temperatura. [ 127 ]
Planos de grafeno se separan mejor en intercalares compuestos de grafito.
Fragmentos de grafeno se producen (junto con otros residuos) cuando se desgasta el grafito, como
al dibujar con un lápiz. [ 30 ]
En 2011 el Instituto de Materiales Electrónicos Tecnología y el Departamento de Física de
la Universidad de Varsovia , anunció la tecnología basada en la epitaxia Sicilicon para la producción
de grandes piezas de grafeno con la mejor calidad hasta la fecha. [ 128 ]
Exfoliación mecánica [ edit ]
Esto implica una sola capa de grafeno división de grafito de varias capas. El logro de una sola capa
normalmente requiere varios pasos, cada uno de exfoliación que producen una rebanada con menos
capas, hasta que sólo queda uno. Geim y Novosolev usaron cinta adhesiva para dividir las capas.
Después de la exfoliación de las escamas se depositan sobre una oblea de silicio usando
"deposición seca". Individuales planos atómicos se pueden ver con un microscopio óptico. Cristalitos
más grandes que 1 mm y visible a simple vista se pueden obtener con la técnica. Se refiere a
menudo como una " cinta adhesiva "o método de" dibujo ". Este último nombre apareció porque la
deposición seca se asemeja a dibujar con un pedazo de grafito. [ 127 ]
Epitaxia [ edit ]
Epitaxia se refiere a la deposición de una capa superpuesta cristalina sobre un sustrato cristalino,
donde hay registro entre los dos. En algunos casos las capas de grafeno epitaxial se acoplan a las
superficies débilmente suficiente (por fuerzas de Van der Waals ) para retener las dos
dimensiones estructura de bandas electrónicas del grafeno aislados. [ 129 ] [ 130 ] Un ejemplo de grafeno
epitaxial débilmente acoplado es el cultivado en SiC . [ 33 ]
Monocapas de grafeno crecido en SiC e Ir son débilmente acoplados a estos sustratos (cómo
débilmente sigue siendo objeto de debate) y la interacción grafeno-substrato pueden estar más
pasivado. [ 13 ]
El carburo de silicio [ edit ]
Artículo principal: de carbono derivado de carburo
Calefacción carburo de silicio (SiC) a altas temperaturas (> 1 100 ° C ) bajo presiones bajas (~ 10 -
6 torr) la reduce a grafeno. [ 131 ] Este proceso produce grafeno epitaxial con dimensiones que
dependen del tamaño de la oblea. La cara de la SiC utilizado para la formación de grafeno, silicio-
carbono o-terminado, altamente influye en la densidad de espesor, la movilidad y el portador de la
grafeno resultante.
La estructura de banda electrónica (denominada estructura de cono de Dirac) se visualizó primero
en este material. [ 132 ] [ 133 ] [ 134 ] contra-localización débil se observó en este material, pero no en el
grafeno exfoliada producido por el lápiz-traza método. [ 135 ] Se han observado grandes, movilidades
independientes de la temperatura, aproximándose a los de grafeno exfoliada colocado en óxido de
silicio, pero más baja que las movilidades en el grafeno suspendido producidos por el método de
dibujo. Incluso sin la transferencia, el grafeno en carburo de silicio exhibe fermiones de Dirac sin
masa. [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]
La débil fuerza de van der Waals que proporciona la cohesión de las pilas de múltiples capas de
grafeno no siempre afecta a las propiedades electrónicas de las capas de grafeno individuales en la
pila. Es decir, mientras que las propiedades electrónicas de ciertos grafenos epitaxiales de varias
capas son idénticos a los de una sola capa, [ 136 ] en otros casos las propiedades se ven
afectadas, [ 132 ] [ 133 ] como en grafito a granel. Este efecto es bien comprendido teóricamente y se
relaciona con la simetría de las interacciones entre capas. [ 136 ]
Grafeno epitaxial de SiC puede ser modelado utilizando métodos estándar de la microelectrónica. La
brecha de banda se puede ajustar mediante la irradiación con láser. [ 137 ]
Los substratos de metal [ editar ]
La estructura atómica de un sustrato metálico puede sembrar el crecimiento de grafeno. El grafeno
crecido en rutenio típicamente no produce espesor de capa uniforme. La unión entre la capa de
grafeno parte inferior y el sustrato puede afectar a las propiedades de capa. [ 138 ]
El grafeno crecido en iridio está muy débilmente unido, uniforme en espesor y puede ser muy
ordenado. Como en muchos otros sustratos, el grafeno en iridio se onduló ligeramente. Debido a la
orden de largo alcance de estas ondas, Minigap en la estructura de la banda electrónica (Dirac
cono) se hacen visibles. [ 139 ] hojas de alta calidad de capa de grafeno pocos superiores a 1 cm2 (0,2
pulgadas cuadradas) en el área han sido sintetizado a través de la deposición de vapor químico en
delgadas de níquel películas con metano como fuente de carbono. Estas hojas se han transferido
con éxito a diversos sustratos. [ 101 ] [ 140 ] [ 141 ]
Una mejora de esta técnica emplea cobre lámina; a muy baja presión, el crecimiento de grafeno se
detiene automáticamente después de una sola forma una capa de grafeno. Arbitrariamente grandes
películas se pueden crear. [ 140 ] [ 142 ] El único crecimiento de la capa es también debido a la baja
concentración de carbono en el metano. Grandes hidrocarburos tales
como etano ypropano productos bicapa de grafeno. [ 143 ] atmosférica crecimiento CVD a presión
produce múltiples capas de grafeno en el cobre (similar a la que se cultiva en las películas de
níquel). [ 144 ]El grafeno se ha demostrado a temperaturas compatibles con convencionales CMOS
de procesamiento, utilizando un aleación a base de níquel con el oro como catalizador. [ 145 ]
Reducción del óxido de grafito [ edit ]
Óxido de grafito reducción fue, probablemente, el primer método de la síntesis de grafeno. P.
Boehm informó que producen escamas monocapa de reducción de óxido de grafeno en
1962. [ 146 ]Geim reconoció la contribución de Boehm. [ 147 ] El calentamiento rápido de los
rendimientos de óxido de grafito y de exfoliación muy dispersados polvo de carbono con un pequeño
porcentaje de los copos de grafeno. Reducción de películas monocapa de óxido de grafito, por
ejemplo, por hidrazina , recocido en atmósfera de argón / hidrógeno , se informó para producir
películas de grafeno. Sin embargo, la calidad es más baja en comparación con el grafeno scotch-
tape, debido a la eliminación incompleta de los grupos funcionales. Además, la oxidación protocolo
presenta defectos permanentes debido a un exceso de oxidación. Recientemente, el protocolo de
oxidación se ha mejorado para producir óxido de grafeno con un marco de carbono casi intacto que
permite la eliminación altamente eficiente de grupos funcionales. La medida de portadores de
carga con la movilidad excedió 1,000 centímetros (393,70 in) / Vs. [ 148 ] espectroscópicos de análisis
de la reducción de óxido de grafeno se ha llevado a cabo. [ 149 ] [ 150 ]
La aplicación de una capa de película de óxido de grafito en un DVD y grabar en una grabadora de
DVD producido una película de grafeno delgado con alta conductividad eléctrica (1.738 siemens por
metro) y el área de superficie específica (1.520 metros cuadrados por gramo), y era muy resistente y
maleable . [ 151 ]
Derretimientos metal-carbono [ edit ]
Este proceso se disuelve átomos de carbono dentro de un metal de transición en estado fundido a
una temperatura determinada y luego precipita el carbono disuelto a temperaturas más bajas como
grafeno de una sola capa (SLG). [ 152 ]
El metal se funde primero en contacto con una fuente de carbono, posiblemente un crisol de grafito
dentro de la cual la masa fundida se lleva a cabo o polvo de grafito o trozos que se colocan en la
masa fundida. Mantener la masa fundida en contacto con el carbono a una temperatura específica
disuelve los átomos de carbono, saturando la masa fundida basado en el diagrama de fase
binaria de metal-carbono. Al bajar la temperatura, la solubilidad del carbono disminuye y el exceso
de carbono precipita encima de la masa fundida. La capa flotante puede ser ya sea desnatada o
congelado para su posterior retirada. Usando diferente morfología, incluyendo grafito grueso, pocos
capa de grafeno (FLG) y SLG se observaron en el sustrato metálico.espectroscopia
Raman demostró que SLG había crecido en níquel sustrato. El espectro Raman SLG presentó
ninguna banda D y D ', lo que indica su naturaleza prístina. Entre los metales de transición, níquel
proporciona el mejor sustrato para el cultivo de SLG. Dado que el níquel no está activo Raman,
espectroscopia Raman directa de capas de grafeno en la parte superior del níquel que se puede
lograr. [ 152 ]
Pirólisis etóxido de sodio [ edit ]
Gram-cantidades de grafeno fueron producidos por la reducción de etanol por sodio metálico,
seguido por pirólisis de la etóxido de producto y lavado con agua para eliminar las sales de sodio.
[ 153 ]
Nanotubos rebanar [ edit ]
El grafeno puede ser creado por el corte abiertas nanotubos de carbono . [ 154 ] En uno de tales
métodos nanotubos de carbono de pared múltiple se cortan abierta en solución por acción
depermanganato de potasio y ácido sulfúrico . [ 155 ] En otro método nanocintas de grafeno fueron
producidos por ataque químico con plasma de nanotubos parcialmente incrustadas en unpolímero
de la película. [ 156 ]
Exfoliación Solvente [ edit ]
La dispersión de grafito en un medio líquido adecuado puede producir grafeno
por sonicación . Grafito no exfoliada se separa de grafeno por centrifugación , [ 157 ] la producción de
concentraciones de grafeno inicialmente hasta 0,01 mg / ml en N-metilpirrolidona (NMP) y más tarde
a 2,1 mg / ml en NMP,. [ 158 ] El uso de un adecuado líquido iónico como el medio líquido de
dispersión para la exfoliación de grafito [ 159 ] , produce concentraciones de 5,33 mg / ml . La
concentración de las hojas de grafeno producidos por este método es muy baja porque no hay nada
que impida que las hojas reapilado debido a las fuerzas de van der Waals que tiran de nuevo
juntos. las concentraciones máximas logradas son los puntos en los que las fuerzas de van der
Waals superar las fuerzas de interacción entre las hojas de grafeno y las moléculas de disolvente.
Exfoliación surfactante asistido [ edit ]
Similar a la exfoliación disolvente, grafito se somete a sonicación en un disolvente adecuado. En
este caso, sin embargo, se añaden moléculas de tensioactivo que impiden la reapilado de las hojas
de grafeno mediante la adsorción a la superficie de la grafeno. La concentración de grafeno
alcanzada por este método es superior a la exfoliación disolvente, pero la eliminación de las
moléculas de tensioactivo es a menudo necesario y por lo general requiere tratamientos químicos.
Atrapamiento Interface [ edit ]
Películas de grafeno escala macro se pueden crear por sonicación de grafito, mientras que en la
interfase de dos líquidos inmiscibles, lo más notablemente heptano y agua. Las hojas de grafeno se
exfoliadas a causa de la sonicación y después adsorbidos a la interfaz de alta energía entre el
heptano y el agua, donde se mantienen de reapilado. La fuerza de retención del grafeno en la
interfaz es muy fuerte, resistir fuerzas superiores a 300.000 g. Los disolventes pueden ser entonces
se evaporaron, dejando atrás la película de grafeno. Las películas creadas con el método de interfaz
de captura son muy transparentes (hasta ~ 95% T) y conductora. [ 160 ]
La reducción del dióxido de carbono [ edit ]
Una reacción altamente exotérmica quema de magnesio en una reacción de oxidación-reducción
con dióxido de carbono, la producción de una variedad de nanopartículas de carbono, incluyendo
grafeno y los fullerenos . El reactivo de dióxido de carbono puede ser tanto sólidos (hielo seco) o
gaseoso. Los productos de esta reacción son de carbono y óxido de magnesio .patente de EE.UU.
8377408 fue emitida para este proceso. [ 161 ]
Las aplicaciones potenciales [ editar ]
Las aplicaciones potenciales incluyen peso ligero, delgado y flexible, pero resistente pantallas de
visualización, circuitos eléctricos, y las células solares, así como varios procesos médicos, químicos
e industriales mejoradas o habilitados por el uso de nuevos materiales de grafeno. [ 162 ]
En 2008, el grafeno producido por exfoliación fue uno de los materiales más caros en la Tierra, con
una muestra con el área de la sección transversal de un cabello humano que cuesta más de 1.000
dólares en abril de 2008 (alrededor de $ 100 millones / cm 2 ). [ 30 ] Desde entonces, los
procedimientos de exfoliación se han ampliado, y ahora las empresas vender grafeno en grandes
cantidades. [ 163 ] El precio de grafeno epitaxial de SiC está dominada por el precio de sustrato, que
fue de aproximadamente $ 100/cm 2 a partir de 2009.
Este artículo está obsoleta . Por favor, actualice este artículo para reflejar los acontecimientos recientes o nueva información disponible.(diciembre de 2013)
Hong y su equipo en Corea del Sur fueron pioneros en la síntesis de películas de grafeno a gran
escala que utilizan la deposición de vapor químico (CVD) en delgadas de níquel capas, lo que
desencadenó la investigación sobre las aplicaciones prácticas, [ 164 ] con la oblea de tamaños de
hasta 30 pulgadas (760 mm) informó . [ 140 ]
En 2013, la Unión Europea hizo una donación de € 1000 millones que se utilizará para la
investigación sobre las posibles aplicaciones del grafeno. [ 165 ] En 2013 el consorcio formado grafeno
Flagship, incluyendo la Universidad Chalmers de Tecnología y otras siete universidades europeas y
centros de investigación, junto con Nokia . [ 166 ] Nokia también ha estado trabajando en la tecnología
de grafeno durante varios años. [ 167 ]
Medicina [ edit ]
El grafeno se informa que han mejorado PCR mediante el aumento de la producción
de ADN producto. [ 168 ] Los experimentos revelaron que de grafeno conductividad térmica podría ser
el factor principal detrás de este resultado. El grafeno produce ADN equivalente producto para
control positivo con reducción de hasta el 65% en ciclos de PCR.
Los circuitos integrados [ edit ]
Para los circuitos integrados , el grafeno tiene una alta movilidad de los portadores , así como bajo
nivel de ruido, lo que le permite ser utilizado como el canal en un transistor de efecto de
campo . Hojas sueltas de grafeno son difíciles de producir y aún más difícil de hacer en un sustrato
apropiado. [ 169 ]
En 2008, el transistor más pequeño hasta ahora, un átomo de espesor, 10 átomos de ancho estaba
hecho de grafeno. [ 170 ] IBM anunció en diciembre de 2008 que habían fabricado y caracterizado
transistores de grafeno funcionan en frecuencias GHz. [ 171 ] En mayo de 2009, un de tipo n transistor
se anunció lo que significa que tanto n como transistores de grafeno de tipo p se había
creado. [ 172 ] [ 173 ] Un circuito integrado de grafeno funcionales se demostró - una
complementaria inversor consta de un p-y otro de tipo n grafeno transistor. [ 174 ] Sin embargo, este
inversor sufrieron una ganancia muy baja tensión.
Según un informe de enero de 2010, [ 175 ] el grafeno epitaxial se cultivó en SiC en cantidad y con la
calidad adecuada para la producción en masa de los circuitos integrados. A altas temperaturas, el
efecto Hall cuántico se podría medir en estas muestras. IBM construye 'procesadores' usando
transistores 100 GHz en 2 pulgadas (51 mm) hojas de grafeno. [ 176 ]
En junio de 2011, los investigadores de IBM anunciaron que habían logrado crear el primer circuito
integrado basado en el grafeno, un mezclador de radio de banda ancha. [ 177 ] El circuito maneja
frecuencias de hasta 10 GHz. Su rendimiento no se vio afectada por las temperaturas de hasta 127
C.
En junio de 2013 se describió un 8 transistor del circuito 1.28 GHz oscilador en anillo. [ 178 ]
Transistores [ edit ]
El grafeno exhibe una respuesta pronunciada a los campos eléctricos externos perpendiculares,
potencialmente la formación de transistores de efecto de campo (FET). A 2.004 FET papel
documentados con una relación on-off de ~ 30 a temperatura ambiente. [ cita requerida ] Un documento de
2006 anunciaron un FET plana todo el grafeno con puertas laterales. [ 179 ] Sus dispositivos mostraron
cambios de 2% a temperaturas criogénicas. El primer FET-tapa cerrada (relación on-off de <2), se
demostró en 2007. [ 180 ] nanocintas grafeno pueden resultar generalmente capaz de reemplazar el
silicio como semiconductor. [ 181 ]
Patente EE.UU. 7015142 para la electrónica basada en el grafeno se publicó en 2006. En 2008, los
investigadores de MIT Lincoln Lab producen cientos de transistores en un solo chip [ 182 ] y en 2009,
los transistores de muy alta frecuencia se producen en Hughes Research Laboratories . [ 183 ]
Un documento de 2008 demostró un efecto de conmutación basado en una modificación química
reversible de la capa de grafeno que da una relación de encendido-apagado de más de seis órdenes
de magnitud. Estos interruptores reversibles potencialmente se podrían emplear en memorias no
volátiles. [ 184 ]
En 2009, los investigadores demostraron cuatro tipos diferentes de puertas lógicas , cada una
compuesta de un solo transistor de grafeno. [ 185 ]
Usos prácticos de estos circuitos están limitados por la muy pequeña ganancia de tensión que
presentan. Típicamente, la amplitud de la señal de salida es de aproximadamente 40 veces menor
que la de la señal de entrada. Por otra parte, ninguno de estos circuitos de funcionar a frecuencias
superiores a 25 kHz.
En el mismo año, apretado vinculante simulaciones numéricas [ 186 ] demostraron que la banda de
diferencia inducida en el grafeno bicapa transistores de efecto de campo no es lo suficientemente
grande para que los transistores de alto rendimiento para las aplicaciones digitales, pero puede ser
suficiente para aplicaciones de voltaje ultra bajo, cuando la explotación de una arquitectura de túnel-
FET. [ 187 ]
En febrero de 2010, los investigadores anunciaron transistores con una tasa de activación /
desactivación de 100 gigahercios, superando con creces las tasas de intentos anteriores, y
superando la velocidad de los transistores de silicio con una longitud igual de puerta. Las 240
nm dispositivos se hicieron con el equipo de silicio de fabricación convencional. [ 188 ] [ 189 ] [ 190 ]
En noviembre de 2011, los investigadores utilizaron la impresión 3d ( fabricación aditiva ) como un
método para la fabricación de dispositivos de grafeno. [ 191 ]
En 2013, los investigadores demostraron una alta movilidad de grafeno en un detector que permite
selectividad de frecuencia de banda ancha que van desde la THz a la región IR (0.76-33THz)[ 192 ] Un
grupo separado creado un transistor de terahercios velocidad con características biestables, lo que
significa que el dispositivo puede cambiar de forma espontánea entre dos estados electrónicos. El
dispositivo consta de dos capas de grafeno separadas por una capa aislante de nitruro de boro unas
pocas capas atómicas de espesor. Los electrones se mueven a través de esta barrera por efecto
túnel cuántico . Estos nuevos transistores exposición "conductancia diferencial negativo", por lo que
la misma corriente eléctrica fluye en dos voltajes aplicados diferentes. [ 193 ]
El grafeno no tiene una banda prohibida de energía, que presenta un obstáculo para sus
aplicaciones en puertas lógicas digitales. Los esfuerzos para inducir una banda prohibida en el
grafeno a través de confinamiento cuántico o funcionalización de la superficie no se han traducido
en un avance. La resistencia diferencial negativa observada experimentalmente en grafeno
transistores de efecto de campo de diseño "convencional" permite la construcción de arquitecturas
computacionales no booleanas viables con el grafeno gap-menos. La resistencia diferencial negativa
- se observa bajo determinados regímenes de polarización - es una propiedad intrínseca del grafeno
como resultado de su estructura de banda simétrico. Los resultados presentan un cambio
conceptual en la investigación de grafeno e indican una ruta alternativa para aplicaciones del
grafeno en el procesamiento de información. [ 194 ]
En 2013 investigadores informaron de la creación de transistores impresos en plástico flexible que
operan a 25 gigahercios, suficiente para circuitos de comunicaciones y que se puede fabricar a
escala. Los investigadores primero inventan los que no contienen grafeno-estructuras-los electrodos
y puertas-en láminas de plástico. Por otra parte, crecen grandes hojas de grafeno en el metal,
entonces la pela apagado y transferirlo al plástico. Finalmente, ellos encabezan la hoja con una capa
impermeable. Los dispositivos funcionan después de haber sido empapado en agua, y son lo
suficientemente flexibles como para ser doblada. [ 195 ]
Redox [ edit ]
Óxido de grafeno se puede reducir y se oxida utilizando estímulo eléctrico reversible. Reducción
controlada y oxidación en los dispositivos de dos terminales que contienen películas de óxido de
grafeno de varias capas se muestran para dar lugar a la conmutación entre parcialmente reducido
óxido de grafeno y grafeno, un proceso que modifica las propiedades electrónicas y
ópticas.Oxidación y reducción están relacionados con la conmutación resistiva. [ 196 ]
Electrodos conductores transparentes [ edit ]
Alta conductividad eléctrica de grafeno y alta transparencia óptica hacen que sea un candidato para
electrodos conductores transparentes, requerido para aplicaciones tales como pantallas
táctiles , pantallas de cristal líquido , células fotovoltaicas orgánicas , y los diodos emisores de luz
orgánicos . En particular, la fuerza y la flexibilidad mecánica de grafeno son ventajosas en
comparación con óxido de indio y estaño , que es frágil. Películas de grafeno pueden ser
depositados en la solución en grandes áreas. [ 197 ] [ 198 ]
-Amplia zona, películas de grafeno-pocas capas continuas, transparentes y altamente conductoras
fueron producidos por la deposición de vapor químico y utilizados como ánodos para su aplicación
en fotovoltaica dispositivos. Una eficiencia de conversión de potencia (PCE) hasta 1,71% se
demostró, que es 55,2% del PCE de un dispositivo de control a base de óxido de indio y estaño. [ 199 ]
Diodos emisores de luz orgánicos (OLED) con ánodos de grafeno se han demostrado. [ 200 ] El
rendimiento electrónico y óptico de los dispositivos basados en el grafeno son similares a los
dispositivos hechos con óxido de indio y estaño.
Un dispositivo basado en carbono llamado una celda electroquímica de emisión de luz (LEC) se
demostró con el grafeno derivados químicamente como el cátodo y el polímero
conductor PEDOT como el ánodo. [ 201 ] A diferencia de sus predecesores, este dispositivo contiene
sólo electrodos a base de carbono-, con ningún metal.
Destilación del etanol [ edit ]
Membranas de óxido de grafeno permiten que el vapor de agua pase a través, pero son
impermeables a otros líquidos y gases. [ 115 ] Este fenómeno ha sido utilizados para la posterior
destilación de vodka a concentraciones de alcoholes superiores, en un laboratorio a temperatura
ambiente, sin la aplicación de calor o vacío como se utiliza en tradicionales de
destilaciónmétodos. [ 202 ] Un mayor desarrollo y comercialización de tales membranas podrían
revolucionar la economía de los biocombustibles y la producción de la bebida alcohólica industria.
Desalinización [ edit ]
La investigación sugiere que los filtros de grafeno podrían superar a otras técnicas de desalación por
un margen significativo. [ 203 ]
Las células solares [ edit ]
El grafeno tiene una combinación única de alta conductividad eléctrica y transparencia óptica, que lo
convierten en un candidato para su uso en células solares. Una sola hoja de grafeno es un zero-
gap semiconductor cuyo cargo transportistas están deslocalizados sobre grandes áreas, lo que
implica que la dispersión de portadora no ocurre. Debido a que este material sólo absorbe el 2,3%
de la luz visible, es un candidato para aplicaciones que requieren un conductor transparente. El
grafeno puede ser montado en un electrodo de película con baja rugosidad. Sin embargo, películas
de grafeno producidos a través de procesamiento de solución contienen defectos en la red y los
límites de grano que actúan como centros de recombinación y disminución de la conductividad
eléctrica del material. Por lo tanto, estas películas se deben hacer más gruesa que una capa
atómica para obtener resistencias de hojas útiles. Esta resistencia añadida puede ser combatido
mediante la incorporación de materiales de relleno conductor, como por ejemplo
un sílice matriz. Conductividad eléctrica reducida de película de grafeno puede mejorarse uniendo
moléculas grandes aromáticos tales como pireno -1-sulfónico sal sódica del ácido (PyS) y la sal
disódica de diimida de ácido bisbenzenesulfonic 3,4,9,10-perilenotetracarboxílico (PDI).Estas
grandes moléculas aromáticas, bajo altas temperaturas, facilitar una mejor π-conjugación del plano
basal grafeno. Películas de grafeno tienen una alta transparencia en las regiones visible y del
infrarrojo cercano y son química y térmicamente estable. [ 204 ]
Para grafeno para ser utilizado en las células solares comerciales, se requiere la producción a gran
escala. Sin embargo, el pelado de grafeno pirolítico sin embargo, no es un proceso escalable. Un
proceso potencialmente escalable alternativa es la descomposición térmica del carburo de
silicio. [ 204 ]
Movilidades alta carga de grafeno recomiendan cuando sean para uso como un colector de carga y
transportador en la fotovoltaica. El uso de grafeno como material fotoactivo requiere su banda
prohibida de ser de 1.4 1.9eV. En 2010, se lograron eficiencias de células individuales de PV
basados en el grafeno nanoestructurados de más del 12%. Según P. Mukhopadhyay y RK
GuptaOPV podría ser "dispositivos en los que el grafeno semiconductor se utiliza como el material
fotoactivo y grafeno metálico se utiliza como electrodos conductores". [ 204 ]
La producción a gran escala de películas de grafeno altamente transparentes por deposición
química en fase vapor se logró en 2008. En este proceso, las hojas de grafeno ultrafinas se crean
depositando primero átomos de carbono en forma de películas de grafeno sobre una placa de níquel
a partir del metano del gas. Una capa protectora de termoplástico se coloca sobre la capa de
grafeno y el níquel debajo se disuelve en un baño de ácido. El paso final es para unir el grafeno
plástico-protegida a un flexible de polímero de hoja, que entonces puede ser incorporada en una
célula de la OPV. Hojas de grafeno / polímero varían en tamaño de hasta 150 centímetros
cuadrados y se pueden utilizar para crear matrices densas de células OPV flexibles. Puede que con
el tiempo será posible ejecutar las imprentas que cubren áreas extensas con células solares de bajo
costo, al igual que las rotativas imprimen periódicos ( rollo a rollo ). [ 205 ]
Silicio genera sólo un electrón de conducción de corriente para cada fotón que absorbe, mientras
que el grafeno puede producir múltiples electrones. Las células solares hechas con grafeno podrían
ofrecer eficiencia de conversión del 60% -. Doble de la máxima eficiencia ampliamente aceptada de
las células de silicio [ 206 ]
Detección de gas de una sola molécula [ edit ]
Teóricamente grafeno hace un excelente sensor debido a su estructura 2D. El hecho de que la
totalidad de su volumen está expuesto a su entorno hace que sea muy eficiente para
detectaradsorbidas moléculas. Sin embargo, similar a los nanotubos de carbono, el grafeno no tiene
enlaces colgantes en su superficie. Las moléculas gaseosas no pueden adsorberse fácilmente sobre
superficies de grafeno, tan intrínsecamente grafeno es insensible. [ 207 ] La sensibilidad de los
sensores de gas químicas grafeno se puede mejorar drásticamente mediante la funcionalización, por
ejemplo, el recubrimiento de la película con una fina capa de ciertos polímeros. La capa delgada de
polímero actúa como un concentrador que absorbe las moléculas gaseosas. La absorción de la
molécula presenta un cambio local en la resistencia eléctrica de los sensores de grafeno. Mientras
que este efecto se produce en otros materiales, grafeno es superior debido a su alta conductividad
eléctrica (incluso cuando algunos vehículos están presentes) y bajo nivel de ruido, lo que hace que
este cambio en la resistencia detectable. [ 60 ]
Los puntos cuánticos [ edit ]
El grafeno puntos cuánticos (GQDs) mantienen todas las dimensiones de menos de 10 nm. Su
tamaño y el borde de la cristalografía de gobernar sus propiedades eléctricas, magnéticas, ópticas y
químicas. GQDs se pueden producir a través de grafito nanotomy [ 208 ] oa través de abajo hacia
arriba, rutas basados en soluciones ( Diels-Alder, ciclotrimerización y / o reacciones
cyclodehydrogenation ). [ 209 ] GQDs con estructura controlada se pueden incorporar en las
aplicaciones de la electrónica, la optoelectrónica y electromagnetismo. confinamiento cuántico se
pueden crear mediante el cambio del ancho de GNRs [ aclaración necesaria ] en ciertas puntos a lo largo de
la cinta. [ 170 ] [ 210 ]
Frecuencia multiplicador [ edit ]
En 2009, investigadores construyeron grafeno experimentales multiplicadores de frecuencia que
tienen una señal de entrada de una cierta frecuencia y una señal de salida a un múltiplo de esa
frecuencia. [ 211 ]
Modulador óptico [ edit ]
Cuando el nivel de Fermi se sintoniza de grafeno, su absorción óptica se puede cambiar. En 2011,
los investigadores reportaron el primer modulador óptico basado en el grafeno.Funcionamiento a 1,2
GHz sin un controlador de temperatura, este modulador tiene un amplio ancho de banda (1,3 a 1,6
micras) y tamaño pequeño (~ 25 m 2 ). [ 212 ]
Aditivo refrigerante [ editar ]
Alta conductividad térmica del grafeno sugiere que podría ser utilizado como un aditivo en los
refrigerantes. El trabajo preliminar de investigación mostró que 5% en volumen de grafeno puede
mejorar la conductividad térmica de un fluido de base por 86%. [ 213 ] Otra aplicación debido a la
mayor conductividad térmica de grafeno se encontró en la PCR. [ 214 ]
El material de referencia [ editar ]
Las propiedades del grafeno sugieren como un material de referencia para la caracterización de
conductor de la electricidad y materiales transparentes. Una capa de grafeno absorbe el 2,3% de la
luz blanca. [ 215 ]
Esta propiedad se utiliza para definir la conductividad de la transparencia que combina resistencia
de la lámina y la transparencia . Este parámetro se utiliza para comparar materiales sin el uso de
dos parámetros independientes. [ 216 ]
Gestión térmica [ edit ]
En 2011, los investigadores informaron que una alineación vertical, arquitectura de múltiples capas
de grafeno funcionalizado en tres dimensiones puede ser un enfoque para basados en el
grafeno materiales térmicos interfacial ( TIMs ) con una conductividad térmica superior y ultra
baja resistencia térmica interfacial entre el grafeno y el metal. [ 86 ]
El grafeno compuestos de metal pueden utilizarse en materiales de interfaz térmica. [ 152 ]
El almacenamiento de energía [ edit ]
Supercondensador [ edit ]
Debido a la alta superficie de grafeno a masa, una aplicación potencial está en las placas
conductoras de supercondensadores . [ 217 ]
En febrero de 2013 los investigadores anunciaron una nueva técnica para producir
grafeno supercondensadores basados en el enfoque de reducción de la grabadora de DVD. [ 218 ]
Electrodo para las baterías de ion-litio [ edit ]
Estable ciclismo Li-ion Recientemente se ha demostrado en películas de grafeno capa bi y unos
crecidos sobre sustratos de níquel, [ 219 ] mientras que las películas de grafeno de una sola capa se
han demostrado como una capa protectora contra la corrosión en componentes de la batería, como
el caso de la batería. [ 220 ] Esto crea posibilidades de electrodos flexibles para microescala baterías
Li-ion, donde los actos de ánodo como el material activo, así como el colector de corriente. [ 221 ]
Piezoelectricidad Diseñado [ edit ]
Densidad teoría funcionales simulaciones predicen que depositar ciertos adatoms en el grafeno
puede hacer que piezoeléctrico sensible a un campo eléctrico aplicado en la dirección fuera del
plano. Este tipo de piezoelectricidad ingeniería localmente es similar en magnitud al de los
materiales piezoeléctricos a granel y hace grafeno un candidato para el control y la detección de
dispositivos a nanoescala. [ 222 ]
Biodevice [ edit ]
Química modificable de grafeno, gran superficie, el espesor y la estructura atómica gatable
molecularmente hacer hojas de grafeno anticuerpo funcionalizado con excelentes candidatos para la
detección de mamíferos y microbianos y dispositivos de diagnóstico. [ 223 ]
Energía de los electrones con número de onda k en el grafeno, calculado de la unión estrecha de
aproximaciones. Los desocupados (ocupados) estados, de color azul-rojo (amarillo-verde), se tocan entre sí
sin brecha de energía exactamente en los seis k-vectores mencionados.
La aplicación biológico más ambicioso de grafeno es un rápido, barato secuenciación del ADN
electrónico. Integración de grafeno (espesor de0,34 nm ) capas como nanoelectrodos en un
nanopore [ 224 ] puede resolver un cuello de botella para la sede en nanoporo una sola molécula de la
secuenciación del ADN.
El 20 de noviembre de 2013, la Fundación Bill y Melinda Gates otorgó $ 100.000 a 'desarrollar
nuevos materiales compuestos elásticos para los condones que contienen nanomateriales como el
grafeno ". [ 225 ]
Teoría pseudo-relativista[ edit ]
Propiedades eléctricas del grafeno pueden ser descritos por un convencional de unión
fuerte modelo; en este modelo la energía de los electrones con vector de onda k es [ 53 ] [ 226 ]
con el vecino más cercano de salto de energía γ 0 ≈ 2,8 eV y la constante de red a ≈ 2,46
Å . La conducción y la banda de valencia , respectivamente, corresponden a los diferentes
signos de lo anterior relación de dispersión , sino que se tocan en seis puntos, los "valores
K". Sin embargo, sólo dos de estos seis puntos son independientes, mientras que el resto son
equivalentes por simetría. En las proximidades de los puntos K-la energía
depende linealmente en el vector de onda, similar a una partícula relativista. Desde una célula
primaria de la red tiene una base de dos átomos, la función de onda incluso tiene una
eficaz estructura de 2-espinor .
Como consecuencia de ello, a bajas energías, incluso dejar de lado el verdadero giro, los
electrones pueden ser descritos por una ecuación que es formalmente equivalente a la sin
masa ecuación de Dirac . Esta descripción pseudo-relativista se limita a la límite quiral , es
decir, a la desaparición resto de masa M 0 , lo que conduce a características adicionales
interesantes: [ 53 ] [ 227 ]
Aquí v F ~ 10 6 es la velocidad de Fermi en el grafeno, que sustituye a la velocidad de la luz
en la teoría de Dirac, es el vector de las matrices de Pauli , es la función de onda
de dos componentes de los electrones, y E es la energía. [ 111 ]
