El grafeno – collar cervical inflable – china dedo entablillado

El grafeno – collar cervical inflable – china dedo entablillado
 Descripción

simple, no técnica definición se ha dado en una reciente revisión sobre el grafeno:

El grafeno es una monocapa

plana de átomos de carbono apretadas en una de dos dimensiones (2D) de celosía de nido de abeja, y es un bloque de construcción básico para los materiales de grafito de todos dimensionalidades otros. Puede ser envuelto en 0D fulerenos, nanotubos de laminados en 1D o apilada en grafito 3D.

Anteriormente, el grafeno se definió también en la literatura química de la siguiente manera:

Una sola capa de carbono de la estructura de grafito se puede considerar como el último miembro de la serie naftaleno, antraceno, coroneno, etc y el grafeno plazo, por tanto, ser utilizado para designar las capas individuales de carbono en compuestos de intercalación de grafito. El uso del término “capa de grafeno” también se considera para la terminología general de carbonos.

El compendio de la IUPAC estados tecnología: “antes, descripciones tales como capas de grafito, capas de carbono u hojas de carbono han sido utilizados para el grafeno plazo … no es correcto para una sola capa, un término que incluye la grafito plazo, lo que implicaría una estructura tridimensional.

El grafeno plazo debe utilizarse sólo cuando las reacciones, las relaciones estructurales u otras propiedades de capas individuales se discuten “. A este respecto, el grafeno ha sido referido como un alternante infinita (sólo seis miembros carbono del anillo) de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). La molécula más grande de este tipo consta de 222 átomos de y es de 10 a través de anillos de benceno. Se ha demostrado que es difícil de sintetizar moléculas ligeramente más grandes, y todavía siguen siendo “un sueño de muchos químicos orgánicos y polímeros”. Además, los cálculos ab initio muestran que una hoja de grafeno es termodinámicamente inestable con respecto a otras estructuras de fullereno si su tamaño es menor de aproximadamente 10 nm (raphene es la estructura menos estable hasta aproximadamente 6000 atoms5]). Síntesis [inadecuado?]

Además, una definición de “grafeno pie aislado o libre” se ha propuesto recientemente: “El grafeno es un solo plano atómica de grafito, whichnd es esencial suficientemente aislada de su entorno para ser considerado independiente.” Esta definición es más estrecha que las definiciones dadas anteriormente y se refiere a troceados, transferido y suspendió monocapas de grafeno. Otras formas de grafeno, como el grafeno crecido en varios metales, también pueden llegar a ser independiente si se transfiere a, por ejemplo, SiO2 o suspendido. Un nuevo ejemplo de grafeno aislado es el grafeno en carburo de silicio después de su pasivación con hidrógeno.

Ocurrencia y la producción

El grafeno

es esencialmente un plano alejado atómica de grafito. Por lo tanto, desde esta perspectiva, el grafeno se ha conocido desde la invención de la cristalografía de rayos X. Planos de grafeno aún mejor separarse en los compuestos de grafito intercalados. En 2004, los físicos de la Universidad de Manchester y el Instituto de Microelectrónica Tecnología, Chernogolovka, Rusia, encontró una manera de aislar los aviones individuales de grafeno mediante el uso de cinta adhesiva y también mide las propiedades electrónicas de los copos obtenidos y mostró su calidad fantástica. En 2005, el mismo grupo de Manchester junto con investigadores de la Universidad de Columbia (véase el capítulo Historia abajo) demostraron que la cuasi-partículas en el grafeno se fermiones sin masa de Dirac. Estos descubrimientos llevaron a la explosión de interés en el grafeno.

Desde entonces, cientos de investigadores han entrado en el área y, por supuesto, se llevó a cabo la búsqueda exhaustiva de los documentos pertinentes anteriores. La revisión de la literatura primero fue dado por los pioneros Manchester mismos. Citan varios artículos en los que las capas de grafito de grafeno o ultra delgada epitaxial se cultivaron en varios sustratos. Asimismo, señalan en una serie de pre-informes de 2004 en el que los compuestos de grafito intercalados fueron estudiados en un microscopio electrónico de transmisión. En este último caso, los investigadores observan ocasionalmente copos de grafito extremadamente delgadas (“pocas capas de grafeno” y posiblemente incluso capas individuales). La más antigua de esta observación fue descubierto recientemente por Rodney Ruoff en 1962 una revista en idioma alemán. Ahora es bien conocido que pequeños fragmentos de hojas de grafeno se producen (además de las cantidades de otros restos) siempre que el grafito es erosionada, tales como cuando se dibuja una línea con un lápiz. Hubo poco interés en este residuo de grafito antes de 2004/05 y, por lo tanto, el descubrimiento del grafeno es a menudo atribuida a Andre Geim y sus colegas que introdujo el grafeno en su encarnación moderna, aunque pedantes pueden argumentar que esto es tan exacto como atribuir el descubrimiento de América a Colón.

El grafeno

producida por la exfoliación es actualmente uno de los materiales más caros en la Tierra, con una muestra que se puede colocar en la sección transversal de un cabello humano que cuestan más de 1.000 dólares en abril de 2008 (alrededor de 100 millones dólares / cm2). Por otra parte, el precio de grafeno epitaxial de carburo de silicio está dominada por el precio de sustrato, que es de aproximadamente $ 100/cm2 como de 2009. Este es un millón de veces más barato que el grafeno exfoliada. Incluso más barato grafeno ha sido producido por la transferencia de níquel por investigadores coreanos, con tamaños de obleas de hasta 30 “, informó. [Cita requerida]

En la literatura, específicamente la de comunidad superficie de la ciencia, el grafeno también ha sido comúnmente como grafito monocapa. Esta comunidad ha estudiado intensamente grafeno epitaxial en varias superficies (más de 300 artículos antes de 2004). En algunos casos, estas capas de grafeno se acoplan a las superficies débilmente suficiente (por fuerzas de Van der Waals) para retener la estructura de dos dimensiones banda electrónica de grafeno aislado, como sucede también con copos de grafeno exfoliadas en relación con dióxido de silicio.

Por ejemplo, los experimentos sobre monocapas de grafeno epitaxial de carburo de silicio, han proporcionado la demostración del espectro de partículas sin masa de Dirac en grafeno, que es la firma característica de su estructura electrónica. Se ha demostrado recientemente que, incluso sin ser transferida grafeno en SiC presenta las propiedades de fermiones de Dirac sin masa, tales como el efecto Hall cuántico anómala. Las débiles fuerzas de van der Waals que proporcionan la cohesión de las pilas de múltiples capas de grafeno no siempre afectan a las propiedades electrónicas de las capas de grafeno individuales en la pila. Es decir, mientras que las propiedades electrónicas de ciertos graphenes epitaxial de capas múltiples son idénticos a los de una sola capa de grafeno, en otros casos las propiedades se ven afectadas como lo son para las capas de grafeno en grafito a granel. Este efecto es teóricamente bien entendido y se relaciona con la simetría de las interacciones entre capas.

método

Dibujo

En 2004, los investigadores británicos obtuvieron grafeno por exfoliación mecánica de grafito. Ellos usaron cinta adhesiva para dividir repetidamente cristales de grafito en trozos cada vez más delgadas. La cinta con unidos escamas ópticamente transparentes se disolvió en acetona y, después de unos pocos pasos adicionales, incluyendo los copos monocapas se sedimentaron en una oblea de Si. Individuales planos atómicos fueron cazados luego en un microscopio óptico. Un año más tarde, los investigadores simplificado la técnica y comenzó a usar la deposición seca, evitando la etapa en la que el grafeno flotando en un líquido. Cristalitos relativamente grandes (en primer lugar, sólo unos pocos micrómetros de tamaño, pero, finalmente, mm mayor que 1 y visibles por un ojo desnudo) se obtuvieron por la técnica. Se refiere a menudo como una cinta adhesiva o método de dibujo. El último nombre apareció por la deposición seca se asemeja a dibujar con un pedazo de grafito. La clave para el éxito probablemente fue el uso de alto rendimiento reconocimiento visual de grafeno sobre un sustrato apropiado elegido, que ofrece un contraste óptico pequeño pero notable. Para ver un ejemplo de lo que se ve como el grafeno, consulte la siguiente fotografía.

El aislamiento de grafeno llevó al auge de la investigación actual. Anteriormente, exentas planos atómicos eran a menudo “presumirá que no existe” porque son termodinámicamente inestable en una escala nm y, si es compatible, tienen una tendencia a desplazarse y hebilla. Se cree actualmente que rugosidad intrínseca microscópico en la escala de 1 nm podría ser importante para la estabilidad de los cristales puramente 2D ..

Es interesante observar (ver Discusión: El grafeno) de que hubo una serie de intentos anteriores de hacer películas de grafito de grosor atómico mediante el uso de técnicas de exfoliación similar al método de dibujo. Muestras de capas múltiples de hasta 10 nm de espesor se obtuvieron. Estos esfuerzos se han revisado en. Además, un par de documentos muy antiguos fue descubierta recientemente, en el que los investigadores trataron de aislar el grafeno, comenzando con los compuestos intercalados (véase la historia y el descubrimiento experimental). Estos documentos informado de la observación de fragmentos de grafito muy finas (posiblemente, monocapas) por microscopía electrónica de transmisión. Ninguna de las observaciones anteriores era suficiente para “despertar la fiebre del oro de grafeno”, hasta que el papel de la ciencia lo hizo denunciando no sólo las muestras macroscópicas de planos atómicos extraídos pero, sobre todo, sus propiedades inusuales, tales como el efecto transistor bipolar, transporte balístico de cargos , las grandes oscilaciones cuánticas, etc El descubrimiento de tales cualidades interesantes intrínseco al grafeno dio un impulso inmediato a nuevas investigaciones, y varios grupos repetidos rápidamente el resultado inicial y se movió más. Estos avances también contribuyó a atraer la atención sobre las técnicas de producción tales como el crecimiento epitaxial de películas ultrafinas de grafito. En particular, se ha encontrado que más tarde se cultivan en monocapas de grafeno SiC e Ir son débilmente acoplados a estos sustratos (como débilmente sigue siendo debatido) y la interacción de grafeno sustrato puede ser pasivado adicional.

no sólo grafeno pero también exentas planos atómicos de nitruro de boro, mica, dichalcogenides y óxidos complejos fueron obtenidos mediante el método de dibujo. A diferencia de grafeno, el material en 2D otras hasta ahora han atraído la atención sorprendentemente escasa.

crecimiento

epitaxial de carburo de silicio

Otro método consiste en calentar el carburo de silicio a altas temperaturas (> 1100 C) para reducir al grafeno. Este proceso produce un tamaño de muestra que es dependiente del tamaño del sustrato de SiC usado. La cara del carburo de silicio utilizado para la creación de grafeno, el silicio-carbono terminado o terminado-, altamente influye en la densidad de espesor, la movilidad y el portador de la grafeno.

Muchas propiedades del grafeno importantes han sido identificados en el grafeno producida por este método. Por ejemplo, la banda electrónica-estructura (el llamado Dirac estructura de cono) ha sido primero visualizados en este material. Débil anti-localización se observa en este material y no en grafeno exfoliadas producido por el método de rastreo lápiz. Extremadamente grande, las movilidades de temperatura independientes se han observado en el grafeno epitaxial de SiC. Se acercan a los de grafeno exfoliadas colocado en el óxido de silicio, pero mucho menor que las movilidades en el grafeno suspendidas producido por el método de dibujo. Más recientemente, la anómala efecto Hall cuántico se ha observado en el grafeno en Si-cara y cara C carburo de silicio.

grafeno epitaxial de carburo de silicio puede ser modelado utilizando métodos estándar de la microelectrónica. La posibilidad de grandes electrónica integrada en el grafeno epitaxial de SiC fue propuesto por primera vez en 2004 por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, sólo un par de meses después del descubrimiento del grafeno aislado hecho el método de dibujo. (Una patente de grafeno electrónica basada fue solicitada en 2003 y publicado en 2006). Desde entonces, los avances importantes que se han hecho. En 2008, los investigadores del MIT Lincoln Lab han producido cientos de transistores en un solo chip, y en 2009, los transistores de muy alta frecuencia se han producido en los Laboratorios de Investigación de Hughes en el grafeno monocapa sobre el carburo de silicio.

crecimiento epitaxial

sobre sustratos metálicos

Este método utiliza la estructura atómica de un substrato de metal a las semillas el crecimiento del grafeno (crecimiento epitaxial). El grafeno crecido en rutenio no suele producir una muestra con un espesor uniforme de las capas de grafeno, y la unión entre la capa de grafeno parte inferior y el sustrato puede afectar a las propiedades de las capas de carbono. El grafeno crecido en iridio por otra parte es muy débilmente unido, de grosor uniforme, y se puede hacer altamente ordenada. Al igual que en muchos otros sustratos, el grafeno en iridio es ligeramente ondulada. Debido a la orden de largo alcance de estos generación de ondas de minigaps en la banda electrónica-estructura (cono de Dirac) se hace visible. De alta calidad de las hojas de grafeno capa pocas superior a 1 cm2 (0,2 pulgadas cuadradas) en el área han sido sintetizados mediante deposición química de vapor en películas delgadas de níquel. Estas hojas se han transferido con éxito a diversos sustratos, lo que demuestra la viabilidad de numerosas aplicaciones electrónicas. Una mejora de esta técnica ha sido encontrado en lámina de cobre, donde el crecimiento se detiene automáticamente después de una sola capa de grafeno, y películas de grafeno arbitrariamente grandes pueden ser creados.

reducción

hidracina

Los investigadores

han desarrollado un método de colocación de papel de óxido de grafeno en una solución de hidrazina pura (un compuesto químico de nitrógeno e hidrógeno), lo que reduce el papel de óxido de grafeno en una sola capa de grafeno.

reducción de sodio de etanol

Una publicación reciente ha descrito un proceso para producir gram-cantidades de grafeno, por la reducción de etanol por el metal de sodio, seguido por pirólisis del producto etóxido, y lavar con agua para eliminar las sales de sodio.

De nanotubos

métodos

experimentales para la producción de cintas de grafeno se informó que consiste en cortar los nanotubos abiertos. En uno de tales métodos múltiples nanotubos de carbono de pared se cortan en solución por acción de permanganato de potasio y ácido sulfúrico. En otro método nanocintas grafeno se producen mediante grabado en plasma de nanotubos parcialmente incrustados en una película de polímero

Propiedades

estructura atómica

La estructura atómica del aislado, de una sola capa de grafeno se estudió por microscopía electrónica de transmisión (TEM) en hojas de grafeno suspendidas entre las barras de una rejilla metálica. Patrones de difracción de electrones mostró la esperada celosía hexagonal de grafeno. Grafeno suspendido también mostró “ondulación” de la hoja plana, con una amplitud de alrededor de un nanómetro. Estas ondulaciones pueden ser intrínsecas al grafeno como resultado de la inestabilidad de los cristales bidimensionales, o puede ser extrínseca, procedente de la suciedad ubicua visto en todas las imágenes de TEM de grafeno. Resolución atómica real espacio de imágenes de aislado, de una sola capa de grafeno sobre sustratos de dióxido de silicio se obtuvieron por microscopía de efecto túnel. El grafeno procesados ??utilizando técnicas litográficas está cubierto por residuo fotorresistente, que debe ser limpiado para obtener imágenes de resolución atómica. Tal residuo puede ser el “adsorbatos” observadas en las imágenes de TEM, y puede explicar el murmullo de grafeno suspendido. Ondulación de grafeno sobre la superficie de dióxido de silicio se determinó mediante conformación de grafeno para el dióxido de silicio subyacente, y no un efecto intrínseco.

hojas de grafeno

en forma sólida (densidad> 1 g/cm3) suelen mostrar evidencia de difracción de 0,34 nm de grafito (002) capas. Esto es cierto incluso de algunas nanoestructuras de carbono de pared única. Sin embargo, el grafeno sin estratificar con sólo (hk0) anillos ha encontrado en el núcleo de presolares cebollas grafito. Transmisión estudios de microscopía electrónica muestran facetas de defectos en los planos de las hojas de grafeno, y sugieren un posible papel en esto sin estratificar-grafeno bidimensional para la cristalización dendrítica de una fusión.

propiedades electrónicas

GNR

banda estructura para zig-zag tipo. Tightbinding cálculos muestran que zigzag tipo es siempre metálico.

GNR

banda estructura de tipo butaca. Tightbinding cálculos muestran que el tipo sillón puede ser semiconductor o metálico dependiendo de la anchura (quiralidad).

El grafeno

es bastante diferente de la mayoría convencionales materiales tridimensionales. Grafeno intrínseca es un semiconductor de metal o semi-hueco-cero. Comprender la estructura electrónica del grafeno es el punto de partida para encontrar la estructura de bandas de grafito. Se dio cuenta pronto de que la relación Ek es lineal para las energías bajas cerca de las seis esquinas de la zona de Brillouin bidimensional hexagonal, lo que lleva a cero la masa efectiva de electrones y agujeros. Debido a esta relación de dispersión lineal (o onical “) a bajas energías, los electrones y los huecos cerca de estos seis puntos, dos de los cuales son no equivalentes, se comportan como partículas relativistas descrito por la ecuación de Dirac de espín 1/2 partículas. Por lo tanto, los electrones y los agujeros se llaman fermiones de Dirac, y las seis esquinas de la zona de Brillouin se denominan los puntos de Dirac La ecuación que describe la relación Ek es;.. donde la velocidad de Fermi vF ~ 106 m / s

transporte

electrónico

resultados experimentales de las mediciones de transporte muestran que el grafeno tiene una alta movilidad de electrones notablemente a temperatura ambiente, con los valores reportados en exceso de 15.000 cm2V1s1. Además, la simetría de la conductancia medida experimentalmente indica que las movilidades de huecos y electrones debe ser casi la misma. La movilidad es casi independiente de la temperatura entre 10 K y 100 K, lo que implica que el mecanismo de dispersión dominante es la dispersión defecto. Dispersión de los fonones acústicos de grafeno lugares límites intrínsecos a la movilidad temperatura ambiente a 200.000 cm2V1s1 a una densidad portador de 1012 cm2. La resistividad correspondiente de la hoja de grafeno sería 106 cm, menos que la resistividad de la plata, la más baja resistividad sustancia conocida a temperatura ambiente. Sin embargo, para el grafeno en sustratos de dióxido de silicio, la dispersión de electrones por fonones ópticos del sustrato es un efecto mayor a la temperatura ambiente de la dispersión por fonones grafeno propios, y limita la movilidad a 40.000 cm2 V1s1.

A pesar de la densidad de portadores cero cerca de los puntos de Dirac, el grafeno presenta una conductividad mínima del orden de 4E2 / h. El origen de esta conductividad mínima sigue siendo poco clara. Sin embargo, la ondulación de la hoja de grafeno o impurezas ionizadas en el sustrato SiO2 puede dar lugar a charcos locales de las compañías que permiten la conducción. Varias teorías sugieren que la conductividad mínima debería ser de 4E2 / h, sin embargo, la mayoría de las mediciones son de orden 4E2 / h o mayor, y depende de la concentración de impurezas

.

experimentos recientes han investigado la influencia de los dopantes químicos en la movilidad del portador en el grafeno. Schedin et al. grafeno dopado con diversas especies gaseosas (algunos aceptantes, algunos donantes), y se ha encontrado el estado inicial sin dopar de una estructura de grafeno puede ser recuperado por calentar suavemente el grafeno en vacío. Se informó de que, incluso para concentraciones de dopante químicos en exceso de 1012 cm2 no hay ningún cambio observable en la movilidad del portador. Chen, et al. dopado grafeno con potasio en ultra alto vacío a baja temperatura. Ellos encontraron que los iones de potasio actuar como se espera para las impurezas cargadas en el grafeno, y puede reducir la movilidad de 20-veces. La reducción de la movilidad es reversible en calentar el grafeno para eliminar el potasio.

Debido a su propiedad de dos dimensiones, el fraccionamiento de carga (donde la carga aparente de psuedoparticles individuales en sistemas de baja dimensionalidad es menor que un único cuanto) se cree que ocurre en el grafeno. Por consiguiente, puede ser un material adecuado para la construcción de ordenadores cuánticos utilizando circuitos anyonic.

propiedades ópticas

Fotografía del grafeno en luz transmitida. Este átomo de cristal grueso se puede ver a simple vista, ya que absorbe aproximadamente el 2,3% de la luz blanca, que es varias veces constante de estructura fina.

grafeno

de propiedades electrónicas únicas producir una opacidad inesperadamente alto para una sola capa atómica, con un valor sorprendentemente simple: absorbe el 2,3% de la luz blanca, que es la estructura fina constante. Esta es “una consecuencia de la inusual baja energía estructura electrónica del grafeno monocapa que cuenta con bandas de electrones y huecos cónicos reunión entre sí en el punto de Dirac … [que] es cualitativamente diferente de las bandas más comunes cuadráticas masivas”. Basado en el modelo de banda de Slonczewski-Weiss-McClure (SWMcC) de grafito, la distancia interatómica, salto de frecuencia y valor cancelar cuando la conductancia óptica se calcula usando las ecuaciones de Fresnel en el límite de película delgada.

Esto ha sido confirmado experimentalmente, pero la medida no es lo suficientemente precisa para mejorar en otras técnicas para la determinación de la estructura fina constante.

Recientemente se ha demostrado que la banda prohibida de grafeno se puede ajustar de 0 a 0,25 eV (longitud de onda de aproximadamente 5 micras) mediante la aplicación de tensión a un doble compuerta grafeno bicapa de efecto de campo transistor (FET) a temperatura ambiente .. La respuesta óptica de nanocintas grafeno también ha demostrado ser sintonizable en el régimen de terahercios por un campo magnético aplicado

absorción saturable

Se confirma también que la absorción única tal podría saturarse 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 saturación de la fluidez. El grafeno puede estar saturado fácilmente bajo excitación fuerte sobre el visible al infrarrojo cercano región, debido a la absorción óptica y universal de cero brecha de banda. Esto tiene importancia para el modo de bloqueo de los láseres de fibra, donde se puede tunability de banda ancha obtiene el uso de grafeno como el absorbedor saturable. Debido a esta característica especial, el grafeno tiene una amplia aplicación en fotónica ultrarrápida.

transporte

spin

El grafeno

se piensa que es un material ideal para la espintrónica debido a la pequeña spin-órbita de la interacción y la casi ausencia de momentos magnéticos nucleares en carbono. Electrical spin-corriente de inyección y de detección en el grafeno se ha demostrado recientemente hasta temperatura ambiente. La longitud de giro coherencia por encima de 1 micra a temperatura ambiente se observó, y el control de la polaridad giro actual con una puerta eléctrica se observó a baja temperatura.

anómala efecto Hall cuántico

El efecto Hall cuántico es relevante para los estándares exactos de medida 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 llamada xy Hall de conductividad a múltiplos enteros de la cantidad de base e2 / h (donde e es la carga eléctrica elemental y h es la constante de Planck) puede ser observada solamente en muy limpio Si o sólidos de GaAs, y a temperaturas muy bajas alrededor de 3 K, y en campos magnéticos muy altos.

El grafeno

en contraste, además de su alta movilidad y conductividad mínima, y ??debido a ciertos pseudo-relativistas peculiaridades que se mencionan a continuación, muestra un comportamiento particularmente interesante sólo en la presencia de un campo magnético y sólo con respecto a la conductividad de cuantificación: se muestra un anómala efecto Hall cuántico con la secuencia de pasos desplazado por 1/2 con respecto a la secuencia estándar, y con un factor adicional de 4. Así, en el grafeno la conductividad Hall es, donde n es el número entero antes mencionado “nivel de Landau” índice y el valle de matrimonio y degeneraciones doble giro dar el factor 4. Por otra parte, en el grafeno estas anomalías notables incluso se puede medir a temperatura ambiente, es decir, a aproximadamente 20 C. Este comportamiento anómalo es un resultado directo de los electrones emergentes sin masa de Dirac en 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 a medio llenar en el grafeno neutra, lo que lleva a la “+1 / 2″ en la conductividad Hall. Grafeno bicapa también muestra el efecto Hall cuántico, pero con la secuencia estándar, es decir con esto es, con sólo una de las dos anomalías. Curiosamente, en relación con la segunda anomalía, la primera meseta en N = 0 está ausente, lo que indica que el grafeno bicapa metálico permanece en el punto de neutralidad.

diferencia de los metales normales, la resistencia longitudinal de grafeno muestra máximos en lugar de los mínimos de los valores integrales de la Landau factor de llenado en la medición de las oscilaciones Shubnikov-de Haas, que muestran un desplazamiento de fase de, conocida como fase de Berry. La fase de Berry surge debido a la masa portadora cero eficaz cerca de los puntos de Dirac. Estudio de la dependencia de la temperatura de las oscilaciones Shubnikov-de Haas en el grafeno revela que los portadores tienen una masa distinta de cero ciclotrón, a pesar de su masa cero eficaz de la relación Ek.

Nanostripes

: Spin-polarizada corrientes de borde

Nanostripes

de grafeno (en el “zig-zag” orientación), a bajas temperaturas, muestran corrientes de espín polarizado bordes metálicos, que también sugiere aplicaciones en el nuevo campo de la espintrónica. (En el “sillón” de orientación, los bordes se comportan como semiconductores.)

óxido de grafeno

por oxidación química y procesamiento de grafeno, y luego flotando en agua, los copos de grafeno formar una sola hoja y de bonos con mucha fuerza. Estas hojas, llamadas papel de óxido de grafeno tiene un módulo de elasticidad de 32 GPa medido.

modificación química

fragmentos solubles de grafeno puede ser preparado en el laboratorio mediante una modificación química de grafito. En primer lugar, el grafito microcristalina se trata con una mezcla fuertemente ácida de ácido sulfúrico y ácido nítrico. Una serie de etapas que implican la oxidación y el resultado exfoliación en pequeñas placas de grafeno con grupos carboxilo en sus bordes. Estos se convierten en grupos cloruro de ácido por tratamiento con cloruro de tionilo y, seguidamente, se convierte en la amida correspondiente por medio de grafeno tratamiento con octadecilamina. El material resultante (capas de grafeno circulares de espesor 5,3 angstrom) es soluble en tetrahidrofurano, tetraclorometano y dicloroetano.

hidrogenación completa de ambos lados de los resultados de la hoja de grafeno en grafano, pero hidrogenación parcial lleva a hidrogenados grafeno

propiedades térmicas

conductividad La temperatura casi ambiente térmica del grafeno se midió recientemente que entre (4.840.44) 103 (5.300.48) 103 Wm1K1. Estas mediciones, realizadas por una técnica sin contacto óptico, son superiores a los medidos para nanotubos de carbono o de diamante. Se puede demostrar mediante el uso de la ley de Wiedemann-Franz, que la conducción térmica es fonón-dominado. Sin embargo, para una tira de grafeno cerrada, una polarización de puerta aplica causando un desplazamiento de energía de Fermi mucho más grande que kBT puede causar la contribución electrónica para aumentar y dominar sobre la contribución de fonones a bajas temperaturas. La conductancia balística térmica del grafeno es isotrópica.

Potencial

para esta alta conductividad puede ser visto por grafito considerando, una versión en 3D de grafeno que tiene una conductividad térmica plano basal de más de un 1000 W / mK (comparable a la del diamante). En el grafito, el eje c (fuera de plano) conductividad térmica es más de un factor de ~ 100 más pequeña debido a las débiles fuerzas de unión entre los planos basales, así como el espaciado reticular más grande. Además, la conductancia balística térmica de un grafeno se muestra para dar el límite inferior de las conductancias térmicas balísticos, por circunferencia unidad, la longitud de los nanotubos de carbono.

A pesar de su naturaleza

2-D, el grafeno tiene 3 modos de fonones acústicos. Los dos modos en el plano (LA, TA) tienen una relación de dispersión lineal, mientras que el modo de avión (ZA) tiene una relación de dispersión cuadrática. Debido a esto, la contribución T2 dependiente conductividad térmica de las modalidades lineal está dominado a bajas temperaturas por la contribución de la T1.5 a cabo de modo plano. Algunas bandas de fonones grafeno mostrar parámetros negativos Grneisen. A temperaturas bajas (donde la mayoría de los modos ópticos con parámetros positivos Grneisen todavía no excitado) La contribución de los parámetros negativos Grneisen será dominante y el coeficiente de expansión térmica (que es directamente proporcional a los parámetros Grneisen) negativo. Los precios más parámetros negativos Grneisen corresponden a los modos más transversales filtrado acústicos. Frecuencias de fonones para los modos de aumento tal en el parámetro de red en el plano ya que los átomos en la capa tras el estiramiento será menos libre para moverse en la dirección z. Esto es similar al comportamiento de una cadena que se está estirando tendrá vibraciones de amplitud más pequeña y mayor frecuencia. Este fenómeno, llamado “efecto membrana”, fue predicho por Lifshitz en 1952.

propiedades mecánicas

A partir de 2009, el grafeno aparece el material más fuerte jamás probado. Las mediciones han demostrado que el grafeno tiene una resistencia a la rotura de 200 veces mayor que el acero. Sin embargo, el proceso de separarlo de grafito, en el que se produce naturalmente, requerirá algún desarrollo tecnológico antes de que sea bastante económico para ser utilizado en procesos industriales, aunque esto puede cambiar pronto.

Utilizando un microscopio de fuerza atómica (AFM), la constante de resorte de láminas de grafeno suspendidas se han medido. Hojas de grafeno, unidas por fuerzas de van der Waals, fueron suspendidas sobre las cavidades de dióxido de silicio, donde una punta de AFM se probó para comprobar sus propiedades mecánicas. Su constante de resorte estaba en el rango de 1-5 N / m, y el módulo de Young fue 0,5 TPA, que difiere de la del grafito a granel. Estos altos valores hacer grafeno muy fuerte y rígida. Estas propiedades intrínsecas podría dar lugar a la utilización de grafeno para aplicaciones de NEMS, tales como sensores de presión, y resonadores.

Como es el caso de todos los materiales, las regiones de grafeno están sujetos a las fluctuaciones térmicas y cuánticas en el desplazamiento relativo. Aunque la amplitud de estas fluctuaciones es limitada en las estructuras 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 crecerá logarítmicamente con la escala de una estructura 2D, y sería por lo tanto ilimitado 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 estructura 2D suficientemente grande, en ausencia de la tensión aplicada lateral, se doblará y arrugar para formar una estructura 3D fluctuante. Los investigadores han observado ondulaciones en capas de grafeno suspendidas, y se ha propuesto que las ondas son causadas por las fluctuaciones térmicas en el material. Como consecuencia de estas deformaciones dinámicas, es discutible que el grafeno es verdaderamente una estructura 2D.

Posibles aplicaciones

molécula individual de detección de gas

El grafeno

hace un sensor excelente debido a su estructura 2D. El hecho de que todo su volumen se expone a su entorno hace que sea muy eficiente para detectar moléculas adsorbidas.(2002).Chem. Ed.Phys.(2004).(1997).(1995).(2007).(2007).(2009).(2008).(2007).et al. (2005).et al. (2006).et al. (2006).(2004).(2008).et al. (2009).(2009).(2009).Noviembre de 2008.Naturaleza.(2009).(2007).(2007).Chem.(1996).(2005).et al. (2008). Phys.(2008).(2008).(2007).(2007). Proc. Acad. Sci.(2008).(2007).(2007).(2009).J. Am. Chem. Soc.(2009).(2005).(2008).Sci. Technol. 

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