Własności grafenu Autor: Patrycja Stefaniak Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji Data wygłoszenia: 02.06.2016 r.

Plan prezentacji: Ewolucja odkrycia grafenu Odkrywcy grafenu Charakterystyka Noblistów Sposób odkrycia grafenu Opis grafenu Grafen- wywiad z A. Gaimem Własności grafenu Wykorzystanie własności w praktyce Obróbka chemiczna grafenu Zastosowanie grafenu

Historia odkrycia grafenu : Powstanie teoretycznego opisu grafenu Wallace’a 1947 r. Lata 80 Pierwsze doniesienia o możliwości wytworzenia grafenu. Amerykanie patentują metodę sublimacji (odparowania) krzemu w warunkach próżni 2004 r. 2004 r. Brytyjsko-rosyjska grupa fizyków dokonuje odrycia Grafenu

W Warszawie rozpoczęto prace nad otrzymywanie grafenu w ITME W Warszawie rozpoczęto prace nad otrzymywanie grafenu w ITME. Badania dotyczyły rozpadu SiC w wysokich temperaturach. 2007 r. 2010 r. Za badania nad grafenem, rozpoczęte w 2004 roku, Andrej Geim i Konstantin Novoselov otrzymali Nagrodę Nobla 2011 r. Polacy opracowali i opatentowali własną technologię osadzania węgla na powierzchni węglika krzemu 2011 r. W Chinach opracowano technikę tworzenia trójwymiarowych struktur grafenowych 3D-grafen.

Andriej Konstantinowicz Gejm Konstantin Siergiejewicz Nowosiołow Laureaci Nagrody Nobla za wyizolowanie Grafenu : Andriej Konstantinowicz Gejm Konstantin Siergiejewicz Nowosiołow

Andriej Konstantinowicz Gejm urodzony 21 października 1958 w Soczi fizyk rosyjski pochodzenia niemieckiego obywatelstwo rosyjskie i holenderskie wynalazł materiał „gecko tape” laureat Nagrody Antynobel 2000 za eksperyment z lewitacją diamagnetyczną (latająca żaba) laureat Nagrody Nobla 2010 za odkrycie i zbadanie własności grafenu (z K.S.Nowosiołowym

Konstantin Siergiejewicz Nowosiołow Urodzony 23 sierpnia 1974 w Niżnym Tagile fizyk rosyjski obywatelstwo rosyjskie i angielskie laureat Nagrody Nobla 2010 za odkrycie i zbadanie własności grafenu (z A.K.Geimem

Sposób odkrycia grafenu : Nobliści odrywali taśmą samoprzylepną kawałki grafitu . Czynność powtarzali wielokrotnie do momentu otrzymania mikroskopijnych kawałków grafenu. Rok później okazało się, że quasicząsteczki grafenu są jak fermiony Dirac’a . Umieścili quasicząsteczki na płytce z tlenku krzemu, takiej samej jak wykorzystywana przy produkcji układów półprzewodnikowych.

ODMIANY ALOTROPOWE WĘGLA Co to jest Grafen ? GRAFIT DIAMENT ODMIANY ALOTROPOWE WĘGLA FULLERENY GRAFEN

Grafen – z wywiadu A.Geima „Wyobraźcie sobie kartkę papieru ale milion razy cieńszą. Jest to grubość grafenu.” „Wyobraźcie sobie materiał trwardszy od diamentu. To jest twardość grafenu (w płaszczyźnie). „ „Wyobraźcie sobie materiał bardziej przewodzący niż miedź. Jest to przewodnictwo grafenu.” „Wyobraźcie sobie urządzenie badające te same własności fizyczne jak urządzenie, które mają naukowcy w CERN, ale takie małe, że zmieści się na twoim biurku. Grafen pozwoli to zrealizować.”

Własności grafenu: Niezwykle twardy i wytrzymały – 200krotnie wytrzymalszy niż stal o tej samej grubości. Elastyczny- można go rozciągnąć nawet o 20 %, granica sprężystości w zakresie 1 TPa, moduł Younga 0,5 Tpa Moduł Younga miedzi 110 GPa, diamentu 1050 GPa Doskonały przewodnik ciepła- pomiar przewodności cieplnej od 4840 do 5300 W/mK, dwukrotnie więcej niż dla diamentu Diament - 900–2320 W/mK Miedź - ~400 W/mK

Własności grafenu: Doskonałe przewodnictwo elektryczne Cienki i lekki Niemal całkowicie przezroczysty – pochłania tylko 2,3 % światła

Własności grafenu: Niewielka rezystywność - 10-8 Ω x m Porównywalna z miedzią, srebrem Prędkość poruszających się elektronów wynosi 1/300 prędkości światła kwantowy efekt Halla

Obróbka chemiczna Grafenu: Wystarczy prosta obróbka chemiczna jak metoda dołączania atomów wodorów , aby z idealnego przewodnika stał się prawie idealnym izolatorem (tzw. Grafan)

Chemia, Medycyna, Biologia Zastosowanie Grafenu: Zastosowanie Grafenu Elektronika Chemia, Medycyna, Biologia Energetyka Solarna Automatyka

Zastosowanie Grafenu w elektronice: Nowe tranzystory, procesory polarne o częstotliwościach powyżej 100 GHz Ekrany dotykowe Układ LCD i plazmowe oraz folie chroniące je przed uszkodzeniami mechanicznymi Organiczne diody fotoluminiscencyjne Kondensatory

Zastosowanie Grafenu w automatyce: Bardzo czuły detektor gazów (zmiana oporności elektrycznej, całą powierzchnia grafenu bierze udziału w sorpcji) Elektrody o wysokim przewodnictwie elektryczności Baterie i akumulatory o wysokich pojemnościach.

Zastosowanie Grafenu w Energetyce Solarnej: Elektrody organiczne, ogniwa fotowoltaiczne Warstwy zewnętrzne kolektorów słonecznych  Akumulatory

Zastosowanie Grafenu w Chemii, Biologii i Medycynie: Narzędzia w inżynierii genetycznej  Diagnostyka medyczna Arkusze antybakteryjne Absorbenty olejów o wysokiej odporności pojemności sorbcyjnej   

BARDZO WYSOKA CENA –centymetr kwadratowy 100 mln dolarów Ograniczenia związane z grafenem: OTRZYMYWANIE DUŻYCH STRUKTUR GRAFENOWYCH PRACOCHŁONNA TECHNOLOGIA PRODUKCJI BARDZO WYSOKA CENA –centymetr kwadratowy 100 mln dolarów

Literatura [1] W. Strupiński; „Grafen – nowe wyzwanie dla nano-technologii”, [2] Hebda M., Grafen – materiał przyszłości, [w:] Czasopismo Techniczne Mechanika, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, maj 2012 [3] Raton B., Arbor A. „ CRC Handbook of Chemistry and Physics”, wyd.86, CRC Press, Tokio 2006 [4] Scientific American nr 298, Carbon Wonderland, 2008, 90-97 [5] Zicheng Pan, Hong Sun, Yi Zhang, „ Harder than Diamond”, 2009 [6] https://engineering.purdue.edu/CTRC/ [7] https://suw.biblos.pk.edu.pl/downloadResource&mId=531139 [8] http://www.kfm.p.lodz.pl/kfm-conferences/warsztaty/prezentacje/4-Strupinski.pdf