Grafitul este folosit în creioane din 1564. Ca minerale, Gesner la descris în 1565, numele a fost dat de Werner Scheele în 1779 de la greacă. γράφω - trageți, scrieți.
Grafitul constă din atomi de carbon, este semimetal, deoarece, odată cu creșterea temperaturii, rezistența scade.
Cristalul de grafit este o stivă de laturi plane cristal hexagonale. Straturile adiacente sunt situate la o distanță de 3,37 Å una de cealaltă și se rotește la
(0,6-0,8) Å, distanța dintre atomii învecinați este de 1,42 Å. Ventimentele cu valența covalentă a atomilor învecinați sunt comune celor doi atomi - ambii atomi sunt implicați în mișcarea lor. Legăturile sunt puternice, astfel încât zăbrelele nu au practic niciun defect.
Grafen într-un microscop tunel
1. stabile din punct de vedere chimic, optic transparent. Grafen pe Si acoperit cu un strat de SiO2 cu o grosime d
300 nm, este observat optic ca un punct întunecat. Modulul lui Young depășește nivelul de oțel în
2. Un atom de carbon are patru electroni de valență, trei furnizează legături covalente cu atomi hexagonali învecinați. Al patrulea nu formează o legătură covalentă, orbita sa este concentrată aproape de perpendiculară pe planul cristalin. Orbitalele atomilor învecinați sunt îndreptate în direcții opuse față de plan. Prin urmare, rețeaua hexagonală constă din două sublaturi triunghiulare. Conductivitatea fără purtători liberi este asigurată prin săritura celui de-al patrulea electron de la un atom la altul în ambele sublaturi. Absența acestui electron este o gaură.
3. În spațiul vectorilor de rețea reciprocă, prima zonă Brillouin are forma unui hexagon cu două vârfuri neechivalente
Graftingul din zona Brillouin
Punctul Dirac K coincide cu nivelul lui Fermi, în care este în contact banda de conducție cu banda de valență, banda interzisă este absentă. În banda de conducere, purtătorul curent este un electron, în banda de valență există o gaură. La temperatura camerei și la temperaturi mai scăzute, transportatorii actuali se află în apropierea nivelului Fermi.
4. Electronii și găurile au o masă efectivă zero. mobilitatea ridicată și la temperatura camerei trec fără a împrăștia mai mult de 1 μm - mii de distanțe interatomice. Conductivitatea este finită chiar și la concentrația zero a purtătorilor liberi și este egală cu cuantumul conductivității
5. În cazul grafenului, se observă efectul Klein relativist. Sub incidența normală a unei barieri potențiale de orice înălțime, un electron trece prin el fără reflecție.
6. Într-un câmp magnetic spectrul nu este echidistant, la fel ca și la nivelurile Landau, există un nivel cu zero energie. Stările magnetice sunt termostabile - diferența de energie dintre niveluri depășește energia termică la temperatura camerei.
7. nanoribbons grafenice poate fi semimetal zero, bandgap sau semiconductor bandgap, a căror lățime depinde de nanoribbons dimensiunea transversală, forma cristalină marginile de atomi străine atașate la marginea câmpurilor electrice și magnetice externe.
8. În grafen, se observă un efect Hall cuantum întreg la o temperatură normală într-un câmp magnetic puternic
9. Tensiunea elastică de forfecare de-a lungul principalelor direcții cristalografice extinde conurile benzilor energetice la punctele Dirac în direcții opuse și creează câmpuri similare câmpului electromagnetic.
10. Moleculele adsorbite pe suprafața grafenului acționează ca donatori (
11. Pentru transportul încărcăturilor de încărcare, tranziția n-p în grafen produce un indice de refracție negativ. O conexiune n-p plană transformă un fascicul de electroni divergent într-o convergentă.
12. Atașarea atomilor de hidrogen la atomii de grafen prin reacție chimică dă grafen. fiind un izolator cu un gol energetic
5,4 eV. Combinând pe un film grafenul și grafanul (conductor și izolator) creează dispozitive cu proprietăți fizice diferite.
14. Grafenul este un material promițător în nanoelectronica - un element de memorie în celule solare, ca dispozitiv de stocare a energiei, cum ar fi un electrod transparent optic cu conductivitate electrică și termică ridicată, ca și rezistența electrică standard a gamei tranzistorului de frecvență terahertz (
Distrugerea termică. Prin încălzirea carbură de siliciu SiC cristal sub vid există o tranziție la faza gazoasă a siliciu pe suprafața cristalului rămâne carbon, se formează legături covalente, există grafen. Există problema separării grafenului de substrat. Dacă este lăsată pe ușă, atunci grafenul are un gol energetic
Stratificarea grafitului cu ajutorul unei folii lipicioase urmată de transferul pe suprafața siliciului oxidat. Tensiunile mecanice în timpul delaminării depășesc rezistența la tracțiune a filmului și nu permit dimensiunea acestuia să fie mai mare decât mai multe micrometre. Există zone cu mai multe straturi;
Precipitarea din faza gazoasă. Metalul de tranziție Ni, Cu, Pt, Co este reținut în vapori de hidrocarburi, de exemplu metan sau benzen
Intercalare. Graficul grafitului pirolitic este folosit sub forma unui film moale, elastic, non-stick, cu o conductivitate termică ridicată. molecule
Membrana de grafen se obține prin separarea stratului de grafen din substrat prin gravarea acestuia. Apoi, grafenul este transferat pe dispozitiv. În Fig. (a) prezintă un rezonator electromecanic bazat pe grafen. Grafenul și un substrat de Si formează un condensator. Un câmp electric alternativ generează oscilații grafenice. În Fig. (b) este dată o imagine a unui dispozitiv real într-un microscop electronic de scanare cu o scală de 1 μm.
Concentrarea transportatorilor liberi. Gradul de umplere a zonelor și poziția nivelului Fermi sunt reglate de obturator. Tensiunea electrică V este aplicată între substratul de siliciu și grafen. În funcție de polaritatea tensiunii, grafenul este îmbogățit cu electroni sau găuri, are loc o joncțiune p-n.
Amplitudinea tensiunii este limitată de defalcarea grosimii dielectrice a SiO2
n este concentrația de suprafață a sarcinilor;
S este zona de grafen.
Concentrația de suprafață a purtătorilor liberi este proporțională cu tensiunea
.
.
În cazul găurilor, aceasta înseamnă eliminarea practic a tuturor electronilor care nu sunt implicați în legături covalente. Valoarea minimă
La temperatură normală, purtătorii actuali au o mobilitate ridicată și slabă a temperaturii
Se scade semnificativ atunci când grafenul este plasat pe SiO2. Absența defectelor de zăbrele nu dă împrăștiere. Ca urmare, timpul de împrăștiere
,
