Kurve

Valens slagformel

Graphene [ gʁa'feːn ] (vekt på andre stavelse: Graf e n ; engelsk graphene ) er navnet på en modifikasjon av karbon med en todimensjonal struktur, hvor hvert karbonatom er omgitt av tre mer i en vinkel på 120 ° , slik at a danner et bikakemønster . Siden karbon er tetravalent, må det være to dobbeltbindinger i hver "honningkake", men disse er ikke lokaliserte . Det er en kjede av benzenringer , som ofte forekommer i aromatiske forbindelser. Selv om en enkelt benzenring har tre dobbeltbindinger i representasjonen av valenslinjeformlene , har forbundne benzenringer i denne representasjonen rent formelt bare to dobbeltbindinger per ring. Derfor kan strukturen beskrives bedre ved å vise de avlokaliserte bindingene som en stor sirkel i benzenringen. Obligasjonsforholdene i grafen er beskrevet i grafstrukturen . Grafen kan beskrives som et polysyklisk aromatisk hydrokarbon . Andre grupper av atomer må være forankret på "kanten" av bikakegitteret, men - avhengig av størrelse - endrer knapt egenskapene til grafen.

Grafmodell
Forholdet mellom grafen og grafitt
Innledende (og samtidig oppsummerende) animasjonsfilm (tekst på engelsk): Elektronisk båndstruktur og Dirac-kjegle; Rutenetteffekter

I teorien ble enkeltlags karbonlag, grafener, først brukt til å beskrive strukturen og de elektroniske egenskapene til komplekse karbonmaterialer.

Uendelig utvidet og flatt, strengt todimensjonale strukturer er imidlertid ikke mulig på grunn av en streng matematisk teorem, Mermin-Wagner-setningen og dens varianter, da de beviselig er termodynamisk ustabile .

Det var derfor det var generell forbauselse blant kjemikere og fysikere da Konstantin Novoselov , Andre Geim og deres kolleger kunngjorde representasjonen av gratis, enkeltlags grafenkrystaller i 2004. Deres uventede stabilitet kunne forklares med eksistensen av metastabile tilstander eller ved dannelsen av en uregelmessig bølging ( krølling ) av grafenlaget.

I 2010 ble Geim og Novoselov tildelt Nobelprisen i fysikk for sin forskning , etter ikke bare å ha gitt avgjørende bidrag til representasjonen av disse systemene, men også å ha oppdaget mange av deres uvanlige egenskaper.

Den tredimensjonale strukturen til grafitt , som grafen er strukturelt nært beslektet med, kan genereres konseptuelt ved å stable slike enkeltlagslag . Hvis man derimot forestiller seg at enkeltlagslagene er rullet opp, får man langstrakte karbonnanorør . På samme måte kan noen av seksringringene erstattes med femringringer, hvorved den flate overflaten buer seg inn i en sfærisk overflate og fullerener resulterer i visse numeriske forhold : Hvis for eksempel 12 av 32 ringer erstattes, den minste fullerenen er opprettet (C 60 ). I teorien er enkeltlagslag laget av andre tetravalente elementer som silisium og germanium også mulige. 2012 var faktisk silisensjikt demonstrert eksperimentelt i form av et forsiktig bølgende monolag av silisium.

forhistorie

Allerede før Geim og Novoselov var man opptatt av grafer. I 1859 beskrev Benjamin Collins Brodie Jr. lamellstrukturen til termisk redusert grafittoksyd . Dette ble undersøkt intensivt i 1918 av Volkmar Kohlschütter og P. Haenni. De rapporterte også om produksjonen av grafittoksydpapir . De første overføringselektronmikroskopbildene (TEM-bilder) av grafen med et lavt antall lag ble publisert i 1948 av G. Ruess og F. Vogt. Hanns-Peter Boehm er en av pionerene innen grafforskning . Allerede i 1962 rapporterte han om enkeltlags karbonfolier og laget også begrepet graf.

I 1947 beskrev den teoretiske fysikeren Philip Russell Wallace ved McGill University i Montreal de elektriske egenskapene til grafen, men eksperter tvilte på at 2D-krystaller som grafen kunne eksistere fordi de var for ustabile.

struktur

Alle karbonatomer i graphene er sp 2 - hybridisert , noe som betyr at hvert karbonatom kan danne tre tilsvarende cr-bindinger til andre karbonatomer. Dette resulterer i en bikakestruktur kjent fra lagene av grafitt . Karbon-karbon- bindingslengder er de samme, og er 142  pm . Som i grafitt, den tredje, ikke-hybridisert 2p orbitaler er vinkelrett på graphene planet og danner en delokalisert π bindingssystemet .

Grafen består derfor av to ekvivalente undergitter A og B, som karbonatomene er tilordnet. Underglassene forskyves fra hverandre etter lengden på obligasjonen . Den diatomiske enhetscellen spennes av gittervektorene og . Disse peker på de neste, men ene naboene. Lengden på vektorene og dermed gitterkonstanten kan beregnes

.

Grafen kan forstås på den ene siden som en enkelt krystall , på den andre siden som et stort molekyl . Mindre molekyler som B. benzen , heksabensokoronen eller naftalen kan sees på som hydrogensubstituerte grafenfragmenter .

Produksjon

Mekanisk

En av de første graftransistorene laget av Geim og Novoselov. Grafen ble skrelt av med teip fra HOPG

Den første grafen over flak var Novoselov ved delaminering ( eksfoliering ) av HOPG ( engelsk Highly Oriented Pyrolytic Graphite , dt. Highly ordered pyrolytic graphite ) utvunnet. Fremgangsmåten er lik den såkalte selvklebende testen; et teip presses på en overflate - i dette tilfellet en grafittblokk - og trekkes deretter raskt av slik at avtakbare elementer (her grafitt) blir igjen i limet. Dette båndet er da et med fotoresist belagte silikon - platen er trykket inn og trekkes ut igjen. Etter å ha fjernet klebebåndet forblir tynne grafittpartikler på overflaten av fotoresistsjiktet. Fotoresistsjiktet oppløses deretter med aceton og skiven skylles deretter med vann og 2-propanol . Når fotoresistlaget oppløses, fester noen grafittpartikler seg til skiven, som også kan belegges tynt med silisiumdioksid . På denne måten kan det produseres lokalt tynne grafittfilmer. Lagene av interesse for grafenundersøkelser, som er tynnere enn 50 nm, er optisk nesten gjennomsiktige . Det ekstra laget endrer de reflekterende egenskapene til substratet, slik at den fiolette fargen på silisiumdioksidlaget forårsaket av interferenseffekter endres til blått. På kantene av disse 50 nm lagene kan man da se etter tynnere grafer med skanningstunnelen eller atomkraftmikroskopet .

I en annen peeling metode, før den peeling prosessen, blir fordypninger etset inn i HOPG med et oksygenplasma , som forlater isolert platåer ( mesas ). Deretter presses en glassbærer fuktet med lim på overflaten og skrelles av. Mesasene som sitter fast i limet, skrelles nå også av med limstrimler til bare en rest er igjen. Deretter oppløses limet i propanon, og grafenflakene som er suspendert i propanonet fiskes ut med en silisiumplate og igjen gjennomsøkes med et optisk mikroskop og en skanningstunnel eller atomkraftmikroskop.

Begge disse metodene er svært tidkrevende og gir prøver av høy kvalitet, men svært få prøver.

I april 2014 ble en metode kjent der store mengder grafen av høy kvalitet kan produseres ved hjelp av en kraftig mikser i en blanding av vann, oppvaskmiddel og grafittpulver. Grafittpulveret er delt inn i grafenflak som er omtrent 100 nanometer store og 1 nanometer tykt.

Kjemisk

Den mest lovende prosessen er produksjonen av grafen ved å redusere grafenoksid . For eksempel rapporterte California Nanosystems Institute (CNSI) i 2008 om en "masseproduksjonsprosess" basert på reduksjon av grafittoksyd i flytende hydrazin . På denne måten kunne det produseres grafen-monolag som måler 20 µm × 40 µm. I tillegg er den gradvise oppbyggingen fra polysykliske aromater og kjemisk peeling fra grafitt med organiske løsningsmidler også rapportert.

På en gramskala kan grafen også produseres i en totrinnsreaksjon. I det første trinnet reageres natrium og etanol med hverandre i en solvoterm syntese . Oppvarming under høyt trykk i flere timer skaper en kompleks blanding med natriumetoksid som hovedkomponent. I det andre trinnet oppvarmes reaksjonsblandingen sterkt med utelukkelse av luft ( pyrolyse ), hvorved grafen blant annet kan isoleres etter en endelig ultralydbehandling.

Større mengder kan oppnås ved pyrolyse av grafittoksyd . Plutselig oppvarming til temperaturer mellom 600 og 1000 ° C får lagstrukturen til edukten til å eksplodere fra den avskilte gassen, mens det sekskantede grafengitteret spontant dannes i lagene. Det spesifikke overflatearealet til materialet som vanligvis oppnås tilsvarer en stabelhøyde på 2-3 grafenlag i gjennomsnitt.

Epitaksial vekst

Grafen kan vokse epitaksieltmetalliske underlag . En metode presentert i litteraturen er spaltning av eteniridium . En annen metode bruker løseligheten av karbon i overgangsmetaller . Ved oppvarming løses karbonet i metallet, når det avkjøles, kommer det ut igjen og ordner seg som grafen på overflaten.

En annen måte å representere individuelle grafenlag er termisk nedbrytning av sekskantede silisiumkarbidoverflater . Ved temperaturer over silisiums smeltepunkt fordamper silisiumet på grunn av dets høyere damptrykk (sammenlignet med karbon) . Tynne lag med monokrystallinsk grafitt , som består av noen få grafen monolag, dannes deretter på overflaten . Denne prosessen er egnet for tempereringsprosesser i vakuum og i en inert gassatmosfære laget av argon . Tykkelsen og strukturen til epitaksialt dyrket grafen avhenger følsomt av de innstilte prosessparametrene, spesielt av valg av atmosfære og strukturen til substratoverflaten så vel som polarisasjonen av silisiumkarbidoverflaten.

Store områder av grafen produseres ved å påføre et monoatomisk lag av karbon på en folie laget av inert bærermateriale, som kobber, ved kjemisk dampavsetning (CVD) og deretter oppløse bærermaterialet, eller ved å løfte grafen mekanisk fra vekstsubstratet Dette gjøres ofte ved hjelp av elektrokjemisk delaminering ("boblende"), hvorved en spenning påføres for å produsere gass ​​under grafen ved elektrolyse . Kobberfolien er koblet som en elektrode til en spenningskilde, den andre elektroden blir Når folien blir deretter senket, det dannes bobler under grafenet, som løsner fra kobberet og deretter kan rengjøres. For ikke å ødelegge det tynne grafenlaget, er det vanligvis belagt med en plast på forhånd, noe som øker stabiliteten når løsrevne kobberfolier er spesielt egnet for CVD, som de er ch er knapt i stand til å oppløse karbon i metallgitteret (dvs. trenger nesten ikke inn i overflaten). Det svake samspillet mellom grafen og kobber er en annen stor fordel. Hastigheten på denne prosessen kan økes drastisk ved en svak tilførsel av oksygen, for eksempel ved oppvarming av et SiO-rutenett.

eiendommer

Egenskaper for grafer
eiendom verdi
Basisvekt 7,57 × 10 −7  kg m −2
Elastisitetsmodul ca. 1020 GPa
strekkstyrke 125 GPa
Demping av synlig lys 2,3%
Lagtykkelse 3,35 × 10 −10  m
Termisk ledningsevne ca. 5000 W / (m K)
Spesifikk elektrisk motstand 31  m

Grafen har uvanlige egenskaper som gjør det interessant for både grunnleggende forskning og applikasjoner, spesielt innen fysikk.

For eksempel er grafenflater enkeltkrystaller ekstremt stive og sterke i ansiktene. Ved omtrent 1020 GPa tilsvarer elastisitetsmodulen den for normal grafitt langs basalplanene og er nesten like stor som diamantens. Dens strekkstyrke på 1,25 x 10 11  Pa er den høyeste som noen gang er blitt bestemt, og rundt 125 ganger så høy som den for stål . Et bånd av grafen på 1 m bredde og 3,35 x 10 -10  m tykkelse, det vil si fra et atomlag, derfor, har en strekkfasthet på 42  N . Et bånd for en plass heis laget av graphene med et konstant tverrsnittsareal ville bare legges til 87,3% av sin rivestyrke på høyde med den geostasjonære bane av 35.786 km.

Med utgangspunkt i monokrystallinsk grafitt med en tetthet på 2260 kg · m −3 og et lagavstand på 3,35 × 10 −10  m, beregnes en masse per arealenhet 7,57 × 10 −7  kg · m −2 for grafen ved multiplikasjon . En kvadratkilometer veier derfor 757 g. "En kvadratmeter grafenhengekøye kunne bære en katt på fire kilo - og veie bare like mye som en kattesnur."

Grafen oppfører seg som en elektrisk leder på grunn av mangel på båndgap , se figuren nedenfor for energien til elektronene i grafen. Imidlertid kan et kunstig båndgap opprettes i grafen ved å "skjære" en såkalt gate med en maksimal bredde på 10 nm inn i laget .

Målinger har vist at et enkelt lag grafen demper lyset med omtrent πα ≈ 2,3% (med den fine strukturen konstant α) over hele det synlige spekteret .

Pseudo-relativistisk oppførsel

Elektronenergi i grafer som en funksjon av deres bølgetall i en tettbindende tilnærming. De "okkuperte" eller "ledige" tilstandene ("gulgrønn" eller "blårød") berører hverandre uten et gap nøyaktig på de seks k-verdiene som er nevnt i teksten.

De elektriske egenskapene til grafen kan enkelt beskrives ved hjelp av en tettbindende modell. I sammenheng med denne modellen resulterer energien til elektronene med bølgetall (se bølgevektor ) til

,

med nærmeste nabo som hopper energi og gitterkonstanten . De ledninger og valensbånd svarer til pluss og minus- tegnene i den ovenfor angitte dispersjon forhold . De berører hverandre i grafer på nøyaktig seks markerte punkter, de såkalte K-punktene, hvorav bare to er uavhengige av hverandre (de andre tilsvarer disse to på grunn av gittersymmetrien). I deres miljø avhenger energien som relativistiske partikler lineært fra (jf. Foton. ). Siden basen er diatomisk, har bølgefunksjonen til og med en formell spinorstruktur . Dette betyr at elektronene ved lave energier kan beskrives av et forhold som tilsvarer Dirac-ligningen , og at det i tillegg i de såkalte chirale limene , dvs. H. for å forsvinne masse , noe som resulterer i noen særegenheter:

Her betegner den Fermi hastighet i kurver, noe som tar plassen til lysets hastighet; beskriver Pauli-matriser , to-komponentbølgefunksjonen til elektroner og deres energi.

Uvanlig kvante Hall-effekt

På grunn av særegenhetene i dispersjonen, trapp struktur av heltallet kvante Hall platåer , for alle stadier nøyaktig "er forskjøvet med 1/2", den to-dal struktur (formal "pseudospin") og den "virkelige" Spin degenerering sammen resultat i en tilleggsfaktor 4. Bemerkelsesverdig kan dette også observeres - i motsetning til den konvensjonelle kvante Hall-effekten - ved romtemperatur.

Stivhet og temperaturavhengighet

Grafen er ekstremt stiv i retning av lagene fordi styrken til sp 2- bindingen mellom nærliggende atomer er sammenlignbar med sp 3- bindingen av diamant. Følgelig forventer man generelt - og dette tilsvarer eksperimentet - at egenskapene til grafen som er av interesse for applikasjonen ikke bare gjelder ved absolutt temperatur null, dvs. H. ved −273,15 ° C, men forblir gyldig ved romtemperatur.

En slik egenskap er termoelektrisitet : en temperaturgradient i grafenivåer forårsaker en elektrisk feltstyrke på grunn av en frakobling av elektronenes temperatur fra gitteret. Elektrisk spenning i belysningen av grafen hadde blitt observert tidligere, men solceller ble antatt å være årsaken . Det faktum at frakoblingen fremdeles kan observeres ved romtemperatur skyldes gitterets stivhet: De elementære vibrasjonseksitasjonene til gitteret ( fononene ) er så høyenergiske at elektronene sjelden genererer et slikt fonon.

Elastisk oppførsel og pseudomagnetisk felt

I juli 2010 rapporterte en publikasjon i det amerikanske vitenskapelige tidsskriftet Science ekstremt sterke pseudomagnetiske felt . Ved elastisk deformasjon ble små triangulære bobler på 4 til 10 nanometer store laget i grafen, der elektronene beveget seg som om de ble påvirket av et magnetfelt på rundt 300  Tesla . Det viste seg at den observerte effekten, i motsetning til effekten av et ekte magnetfelt, ikke påvirker den faktiske sentrifugeringen av elektronet , men at det nettopp nevnte pseudospinnet i stedet påvirkes, noe som er relatert til eksistensen av to forskjellige ekvivalente baseatomer i honningkake -Strukturrelatert. Dette pseudospinet har en lignende interaksjon med det pseudomagnetiske feltet som ekte spinn med ekte magnetfelt, fordi disse også genererer "to-nivå-systemer". Eksperimentene på "pseudo-quantum Hall-effekten" generert på denne måten var basert på teoretiske spådommer, som dermed ble bekreftet.

Spinnstrømmer

I april 2011 publiserte A. Geim og kolleger en artikkel der de beskrev sterke sentrifugeringsstrømmer og strømindusert magnetisme nær Dirac-punktet , dvs. H. nær møtepunktet for ledningsbåndet og valensbåndet. Dette åpner muligheten for applikasjoner i spintronics .

Kjemisk funksjonalisering og større EU-prosjekt

I 2013 kunngjorde EU et nytt flaggskipprosjekt om grafene, som forskere i mange medlemsland vil samarbeide om, hovedsakelig fysikere og kjemikere. Du kan z. B. Dobbelbindinger i grafen - annenhver binding er en - "brytes" og erstatter dem med to enkeltbindinger som forskjellige organiske molekyler blir festet til: Dette gjør at egenskapene til systemet kan påvirkes målrettet.

Hydrodynamisk oppførsel med uvanlige egenskaper

I 2016 ble det funnet en såkalt hydrodynamisk (“væskeaktig”) oppførsel av elektronene i grafen, men med ekstraordinære egenskaper. B. den ellers gyldige for metallsystemer Wiedemann-Franz-loven , at forholdet mellom termisk og elektrisk ledningsevne delt på Kelvin-temperaturen T i metalliske systemer er lik en universalkonstant, skadet i graf ved tilnærming av Fermi-energien ved krysset den termiske ledningsevnen er altfor stor (den spesifikke termiske motstanden er altfor liten). I tillegg kan en uvanlig tendens mot dannelse av vortexstrukturer observeres i denne elektroniske væsken (teknisk betegnelse: Dirac fluid ).

Generaliseringer

Generaliseringer er åpenbare. Noen av strukturene som er opprettet ved bretting eller rullering, inkludert karbonnanorør ( engelske karbonnanorør ) og fullerener , har allerede blitt nevnt. Men det er mer naturlig å først undersøke to-lags systemer laget av grafer. Disse har interessante tilleggsegenskaper: De viser halvledende oppførsel analog med silisium , men med et båndgap som systematisk kan endres av elektriske felt.

Grafan

Med hjelp av atomært hydrogen , som er generert av en elektrisk utladning i en hydrogen argon blanding, kan graphene omdannes til graphane. I grafan tildeles hvert karbonatom et hydrogenatom, og bindingsstrukturen er lik den for stolformet cykloheksan . Grafan brytes ned i grafen og hydrogen over 450 ° C. I motsetning til grafen er grafan en elektrisk isolator .

Grafen supergitter

Periodisk stablet grafen og dets isolerende isomorf gir et fascinerende strukturelt element for implementering av svært funksjonelle supergitter på atomnivå, som gir muligheter for design av nanoelektroniske og fotoniske komponenter. Ved å stable grafen og dets relaterte former, kan forskjellige typer supergitter oppnås. Energibåndet i stablede supergitter er mer følsomt for barrierebredden enn i konvensjonelle III-V halvleder-supergitter. Hvis mer enn ett atomlag tilsettes barrieren i hver periode, kan koblingen av elektroniske bølgefunksjoner i nærliggende potensielle brønner reduseres betydelig, noe som fører til degenerering av kontinuerlige underbånd til kvantiserte energinivåer. Når borehullsbredden er variert, er energinivåene i de potensielle brønnene langs LM-retningen signifikant forskjellige fra de langs KH-retningen.

Et supergitter tilsvarer et periodisk eller kvasi-periodisk arrangement av forskjellige materialer og kan beskrives av en supergitterperiode, som gir systemet en ny translasjonell symmetri som påvirker dets fonon-dispersjoner og deretter dets varmetransportegenskaper. Nylig har ensartede monolag grafen hBN strukturer blitt vellykket syntetisert ved litografi mønster i forbindelse med kjemisk dampavsetning (CVD). I tillegg er supergitter av grafen-hBN ideelle modellsystemer for realisering og forståelse av den koherente (bølgelignende) og usammenhengende (partikkelignende) fononvarmetransporten.

Dobbeltlagsgraf

Avhengig av innretting av de to nettene mot hverandre, resulterer moirémønstre med en tilsvarende sterkere kobling av båndene i begge lag og nye transportfenomener avhengig av rotasjonsvinkelen, noe som i 2011 førte til spådom av en ny type superledningsevne. av Allan H. MacDonald og Rafi Bistritzer i en viss rotasjonsvinkel ledet, eksperimentelt bekreftet av et team ved Massachusetts Institute of Technology under Pablo Jarillo-Herrero 2017. MacDonald, Bistritzer og Jarillo-Herrero mottok 2020 Wolf Prize in Physics for dette .

Grunnleggende forskning og mulig anvendelse

På grunn av grafens høye elektriske ledningsevne, forskes det for tiden på spørsmålet om grafen kan erstatte silisium som et transistormateriale. De første suksessene, som representasjonen av et grafittmikrochip, er allerede oppnådd. Med grafbaserte transistorer bør klokkehastigheter i området 500 til 1000 GHz være mulig. Tidlig i 2010 lyktes IBM i å produsere en 100 GHz grafenbasert transistor for første gang. I følge undersøkelser fra Yanqing Wu og medarbeidere fra april 2011, ser karbon med diamantstruktur ut til å gi passende underlag.

I grunnleggende forskning brukes grafen som modellstoff for todimensjonale krystaller: det er vanskelig å opprettholde systemet i form av individuelle lag ; Først i 2004 kunne de første kontaktbare "grafenflakene" oppnås.

  • Mulig bruk i superkondensatorer og batterier
  • Som graphene oksyd, er det gasstett og på samme tid gjennomtrengelig til H 2 O molekyler. Dette gjør den egnet for bruk som vannfilter, destilleri og tetningsmiddel, spesielt som en hermetisk tetning (til og med tett for helium).
  • Mulig bruk i solceller som en tredje generasjons solcelle med en virkningsgrad på opptil 60%. I følge fersk forskning synes denne tilnærmingen imidlertid ikke å være mulig.
  • Realisering av en stabil og holdbar minnecelle for kunstige nevrale nettverk med mellomtilstander i stedet for binære verdier

I 2013, som en del av European Flagship Initiative , bestemte EU-kommisjonen å finansiere forskning på grafen med en milliard euro.

I november 2016 vil en ny mulighet bli rapportert å bruke grafen som en slags mekanisk piksel for utvikling av nye energieffektive fargeskjermer. En grafenmembran over et luftkammer buler når det er trykkforskjeller og innfallende lys reflekteres i forskjellige farger. Forskerne mener at dette kan brukes til å utvikle en reflektert displayteknologi basert på interferometrisk modulering .

Den Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam og Plasma Technology (FEP) lyktes for første gang i 2016/17 i å produsere OLED- elektroder fra graphene. Prosessen ble utviklet og optimalisert i det EU-finansierte prosjektet "Gladiator" (Graphene Layers: Production, Characterization and Integration) sammen med partnere fra industri og forskning.

Det australske selskapet Talga utvikler en ny type betong som blant annet skal fremme elektromobilitet. Betongen blandes med grafen. Dette bør muliggjøre induktiv lading av elbiler eller oppvarming av gaten.

Effekter på mennesker og miljø

Fra og med 2014 er det bare produsert svært små mengder grafen så langt - hovedsakelig i svært små mengder for rent vitenskapelige formål. Den toksisiteten av graphene har ennå ikke blitt undersøkt i dybden, og heller ikke finnes det en mulig innvirkning på miljøet. Forskere ved University of California, Riverside mener at forskning på farene grafen tilsvarer den for farmasøytisk og kjemisk vitenskap for 30 år siden. Innledende publikasjoner om dette emnet antyder blant annet at grafen har høy mobilitet i grunnvann og derfor kan spre seg raskt.

Se også

litteratur

  • Björn bryllupsslipp: Fra grafitt til grafen . I: Physics Journal . teip 6 , nei 7 , 2007, s. 39–44 ( pro-physik.de ).
  • Mikhail Katsnelson : Grafen: karbon i to dimensjoner . I: Materials Today . teip 10 , nei. 1–2 , 2007, s. 20-27 , doi : 10.1016 / S1369-7021 (06) 71788-6 .
  • Mikhail I. Katsnelson: Graphene. Karbon i to dimensjoner. Cambridge University Press, Cambridge et al. 2012, ISBN 978-0-521-19540-9 .
  • Phaedon Avouris, Zhihong Chen, Vasili Perebeinos: Karbonbasert elektronikk . I: Nat Nano . teip 2 , nei 10 , 2007, s. 605-615 , doi : 10.1038 / nnano.2007.300 .
  • Andre K. Geim , Philip Kim: Wonder materiale fra blyanten . I: Science of Science . Nei. 8 , 2008, s. 86-93 .
  • AH Castro Neto, F. Guinea, NMR Peres, KS Novoselov , AK Geim: De elektroniske egenskapene til grafen . I: Anmeldelser av moderne fysikk . teip 81 , nei. 1 , 2009, s. 109–154 , doi : 10.1103 / RevModPhys.81.109 , arxiv : 0709.1163v2 (gjennomgangsartikkel).
  • AC Ferrari et al.: Vitenskap og teknologi veikart for grafen, relaterte todimensjonale krystaller og hybridsystemer . I: Nanoskala . teip 7 , nei. 11 , 2015, s. 4598–4810 , doi : 10.1039 / C4NR01600A (gjennomgangsartikkel fra EUs flaggskipinitiativ om teknisk status, engelsk, åpen tilgang).

weblenker

Commons : Grafer  - samling av bilder, videoer og lydfiler
Wiktionary: Grafer  - forklaringer av betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Referanser og fotnoter

  1. LD Landau : Om teorien om faseovergang II . I: Phys. Z. Sovjetunionen . teip 11 , 1937, s. 11 .
  2. ^ RE Peierls : Quelques propriétés typiques des corpses solides . I: Ann. IH Poincaré . teip 5 , 1935, s. 177-222 .
  3. ^ A b K. S. Novoselov, AK Geim, SV Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, SV Dubonos, IV Grigorieva, AA Firsov: Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films . I: Vitenskap . teip 306 , nr. 5696 , 2004, s. 666-669 , doi : 10.1126 / science.1102896 .
  4. ^ ND Mermin: Krystallinsk orden i to dimensjoner . I: Fysisk gjennomgang . teip 176 , nr. 1 , 1968, s. 250 ff ., doi : 10.1103 / PhysRev.176.250 .
  5. ^ JC Meyer, AK Geim, MI Katsnelson, KS Novoselov, TJ Booth, S. Roth: Strukturen til suspenderte grafenark . I: Natur . teip 446 , 2007, s. 60–63 , doi : 10.1038 / nature05545 .
  6. a b Se f.eks. B. Forsidebilde og s. 22 i magasinet "Physik Journal" 12 / des. 2010, online .
  7. ^ Manfred Lindinger: Nobelpris for fysikk 2010. Blyantens glidemerker . FAZ.net, 5. oktober 2010, åpnet 5. oktober 2010. (Dessverre byttet avisen på bilder: mannen i den svarte genseren er K. Novoselov og ikke A. Geim)
  8. ^ A b P. R. Wallace: The Band Theory of Graphite . I: Fysisk gjennomgang . teip 71 , nr. 9 , 1947, s. 622-634 , doi : 10.1103 / PhysRev.71.622 .
  9. ^ Sumio Iijima : Helical mikrotubuli av grafittisk karbon . I: Natur . teip 354 , 1991, s. 56-58 , doi : 10.1038 / 354056a0 .
  10. Mitsutaka Fujita, Riichiro Saito, G. Dresselhaus, MS Dresselhaus : Dannelse av generell fullerener med sin projeksjon på et honeycomb gitter . I: Physical Review B . teip 45 , nei. 23 , 1992, s. 13834-13836 , doi : 10.1103 / PhysRevB.45.13834 .
  11. Patrick Vogt et al.: Silicene: Overbevisende eksperimentell bevis for grafelik todimensjonalt silisium . I: Physical Review Letters . teip 108 , nr. 15. 12. april 2012, s. 155501 , doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.155501 .
  12. ^ Benjamin C. Brodie: On Atomic Weight of Graphite . I: Proceedings of the Royal Society of London . teip 10 , 1859, s. 249 , JSTOR : 108699 .
  13. ^ V. Kohlschütter, P. Haenni: På kunnskapen om grafittisk karbon og grafitinsyre . I: Journal of Inorganic and General Chemistry . teip 105 , nr. 1 , 1918, s. 121-144 , doi : 10.1002 / zaac.19191050109 .
  14. Ru G. Ruess og F. Vogt: Høyeste lamellkarbon fra grafittoksydroksid. I: Månedlig magasin for kjemi . teip 78 , nr. 3-4 , 1947, s. 222-242 .
  15. HP Boehm, A. Clauss, GO Fischer, U. Hofmann: Adsorpsjonsadferden til veldig tynne karbonfolier . I: Journal of Inorganic and General Chemistry . teip 316 , nr. 3-4 , 1962, s. 119-127 , doi : 10.1002 / zaac.19623160303 .
  16. HP Boehm, R. Setton, E. Stumpp: Nomenklatur og terminologi av grafittinnskuddsforbindelser . I: Ren og anvendt kjemi . teip 66 , nr. 9 , 1994, s. 1893-1901 .
  17. Savage: Super Carbon, 2012, s. 30.
  18. ^ WA Harrison: Elektronisk struktur og egenskapene til faste stoffer: kjemisk bindings fysikk . WH Freeman and Company, San Francisco 1980.
  19. For z-tilstandene, se z. BCE Mortimer: Kjemi . 9. utgave. Georg Thieme Verlag , Stuttgart 2007, ISBN 978-3-13-484309-5 .
  20. Andreas Wilkens: Grafer: Mirakelmaterialet nå også fra kjøkkenblanderen . heise online, åpnet 23. april 2014.
  21. J. Wu, W. Pisula, K. Mullen: grafener som potensielt materiale for elektronikk . I: Chemical Reviews . teip 107 , nr. 3 , 2007, s. 718-747 , doi : 10.1021 / cr068010r .
  22. L. Zhi, K. Müllen: En bottom-up-tilnærming fra molekylære nanografener til ukonvensjonelle karbonmaterialer . I: J. Mater. Chem. Band 18 , nei. 18 , 2008, s. 1472-1484 , doi : 10.1039 / b717585j .
  23. . Y. Hernandez, V. Nicolosi, M. Lotya, F. Blighe, Z. Sun, S. De, IT McGovern, B. Holland, M. Byrne, Y. Gunko, J. Boland, P. Niraj, G. Duesberg, S. Krishnamurti, R. Goodhue, J. Hutchison, V. Scardaci, AC Ferrari, JN Coleman: Produksjon av grafen med høyt utbytte ved flytende fase-peeling av grafitt . I: arXiv . 2008, arxiv : 0805.2850 .
  24. Mohammad Choucair, Pall Thordarson, John A. Stride: Gram-skala produksjon av grafen basert på solvoterm syntese og sonikering . I: Nature Nanotechnology . teip 04 , 2009, s. 30-33 , doi : 10.1038 / NNANO.2008.365 .
  25. P. Steurer, R. Wissert, R. Thomann, R. Mülhaupt: funksjonaliserte grafener og termoplastisk Nanocomposites basert på ekspandert grafitt Oxide. I: Makromolekylær rask kommunikasjon. Bind 30. WILEY-VCH Verlag, 2009, s. 316–327.
  26. AT N'Diaye, S. leder Kamp, PJ Feibelman, T. Michely: Tvedimensjonalt Ir- klyngegitter på en Moiré Graphene på Ir (111) . I: Physical Review Letters . teip 97 , nr. 21 , 2006, s. 718-747 , doi : 10.1103 / PhysRevLett.97.215501 .
  27. PW Sutter, J.-I. Flege, EA Sutter: Epitaksial grafen på ruthenium . I: Naturmaterialer . teip 97 , nr. 5 , 2008, s. 406-411 , doi : 10.1038 / nmat2166 .
  28. I. Forbeaux, J.-M. Themlin, J.-M. Debever: Heteroepitaksial grafitt på 6H-SiC (0001): Grensesnittdannelse gjennom ledningsbånds elektronisk struktur, oversiktsoverflaterekonstruksjoner LEED, KRIPES, dispersjonsrelasjon, XPS, UPS, SXPS . I: Physical Review B . Nei. 24 , 1998, s. 16396-16406 , doi : 10.1103 / PhysRevB.58.16396 .
  29. A. Charrier, A. Coati, T. Argunova, F. Thibaudau, Y. Garreau, R. Pinchaux, I. Forbeaux, J.-M. Debever, M. Sauvage-Simkin, J.-M. Themlin: Solid-state dekomponering av silisiumkarbid for dyrking av ultratynne heteroepitaksiale grafittfilmer . I: Journal of Applied Physics . teip 92 , nr. 5 , 2002, s. 2479-2480 , doi : 10.1063 / 1.1498962 .
  30. KV Emtsev, A. Bostwick, K. Horn, J. Jobst, GL Kellogg, L. Ley, JL McChesney, T. Ohta, SA Reshanov, E. Rotenberg, AK Schmid, D. Waldmann, HB Weber, Th. Seyller : Atmosfærisk trykk grafitisering av SiC (0001) - En rute mot grafenlag i wafer-størrelse . I: arXiv - Kondensert materiale, materialvitenskap . 2008, arxiv : 0808.1222 .
  31. Sukang Bae, Hyeongkeun Kim, Youngbin Lee, Xiangfan Xu, Jae-Sung Park, Yi Zheng, Jayakumar Balakrishnan, Tian Lei, Hye Ri Kim, Young Il Song, Young-Jin Kim, Kwang S. Kim, Barbaros Ozyilmaz, Jong- Hyun Ahn, Byung Hee Hong, Sumio Iijima: Roll-to-roll produksjon av 30-tommers grafenfilmer for gjennomsiktige elektroder . I: Nat Nano . teip 5 , nr. 8 , 2010, s. 574-578 , doi : 10.1038 / nnano.2010.132 ( PDF [åpnet 5. oktober 2010]). PDF ( Memento av den opprinnelige fra den 10 juli 2012 i Internet Archive ) Omtale: The arkiv koblingen er satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Kontroller original- og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen.  @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.canli.dicp.ac.cn
  32. Luca Banszerus, Michael Schmitz, Stephan Engels, Jan Dauber, Martin Oellers, Federica Haupt, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Bernd Beschoten og Christoph Stampfer: Grafenheter med ultrahøy mobilitet fra kjemisk dampdeponering på gjenbrukbar kobber . I: Sci Adv . teip 1 , nei 6 , 2015, s. e1500222 , doi : 10.1126 / sciadv.1500222 ( PDF [åpnet 8. august 2015]).
  33. Wang, Yu et al.: Elektrokjemisk delaminering av CVD-vokst grafenfilm. Mot resirkulerbar bruk av kobberkatalysator, i: ACS Nano Vol. 5, nr. 12, nr. 2011. s. 9927-9933.
  34. ^ JO Löfken: Rask grafvekst . Hentet 25. oktober 2016.
  35. ^ A b c Harry Marsh, Francisco Rodríguez-Reinoso: Science of Carbon Materials . 2000. Sitert i: Christian Anton Rottmair: Innflytelse av termisk prosesskontroll på egenskapene til grafittstøpte deler , produsert ved pulverinjeksjonsstøping av mesofase karbon . 2007, s. 10–11 ( PDF - avhandling, University of Erlangen-Nuremberg, 2007).
  36. et b c d Changgu Lee, Xiaoding Wei, Jeffrey W. Kysar, James Hone: Måling av elastiske egenskaper og Intrinsic styrke for ett lag Graphene . I: Vitenskap . teip 321 , nr. 5887 , 2008, s. 385-388 , doi : 10.1126 / science.1157996 .
  37. a b Rainer Scharf: Synlig fin struktur konstant. (Ikke lenger tilgjengelig online.) I: Pro Physik. 4. april 2008, arkivert fra originalen 18. desember 2010 ; Hentet 24. februar 2011 . Info: Arkivkoblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Kontroller original- og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.pro-physik.de
  38. ^ Klasse for fysikk ved Det kongelige svenske vitenskapsakademiet: Vitenskapelig bakgrunn om Nobelprisen i fysikk 2010 - Graphene . 2010, s. 8 ( PDF ).
  39. Ansgar Kretschmer: Aldri igjen sprekker i skjermen smarttelefonen. I: Grafer. Wonder materiale i to dimensjoner. 15. mai 2014, s. 5 , åpnet 12. januar 2011 (Scinexx-dossier).
  40. Nico Ernst: Britene utvikler en-elektron-transistor fra grafen: todimensjonalt karbon som en ny halvleder. I: www.golem.de. Golem.de, 6. mars 2007, åpnet 28. november 2016 .
  41. Kevin Bullis, Wolfgang Stieler: Magisk halvledermateriale . I: Technology Review . teip 4 , 2008 ( online [åpnet 28. mars 2008]).
  42. Zhihong Chen, Yu-Ming Lin, Michael J. Rooks, Phaedon Avouris: Grafen nano-båndelektronikk . I: Physica E : Lavdimensjonale systemer og nanostrukturer . teip 40 , nei. 2 , 2007, s. 228-232 , doi : 10.1016 / j.physe.2007.06.020 .
  43. Mike Rodewalt: Forskere oppdager metode for masseproduksjon av nanomaterial grafen. I: UCLA Newsroom. 10. november 2008, åpnet 16. november 2008 .
  44. ^ AB Kuzmenko, E. van Heumen, F. Carbone, D. van der Marel: Universal infrarød konduktans av grafitt . I: Phys Rev Lett . Vol. 100, nr. 11 , 2008, s. 117401 , doi : 10.1103 / PhysRevLett.100.117401 , PMID 18517825 , strekkode : 2008PhRvL.100k7401K .
  45. ^ RR Nair et al.: Fine Structure Constant Definerer visuell gjennomsiktighet av grafen . I: Vitenskap . teip 320 , nr. 5881 , 6. juni 2008, s. 1308-1308 , doi : 10.1126 / science.1156965 ( PDF ).
  46. B. Wedding notat: Fra grafitt til graphene . I: Physics Journal . 2007.
  47. ^ A b A. H. Castro Neto, F. Guinea, NM R Peres, KS Novoselov , AK Geim : De elektroniske egenskapene til grafen . I: Arxiv fortrykk . 2007, arxiv : 0709.1163v2 .
  48. a b A. K. Geim, K. S. Novoselov: Fremveksten av grafen . I: Naturmaterialer . Nei. 6 , 2007, s. 183-191 , doi : 10.1038 / nmat1849 .
  49. ^ KS Novoselov, AK Geim, SV Morozov, D. Jiang, MI Katsnelson, IV Grigorieva, SV Dubonos, AA Firsov: To-dimensjonal gass av masseløse Dirac fermioner i grafen . I: Natur . teip 438 , nr. 7065 , 2005, s. 197-200 , doi : 10.1038 / nature04233 , arxiv : cond-mat / 0509330v1 .
  50. Nathaniel M. Gabor, Justin CW Song, Qiong Ma, Nityan L. Nair, Thiti Taychatanapat, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Leonid S. Levitov, Pablo Jarillo-Herrero: Hot Carrier - Assisted Intrinsic Photoresponse in Graphene . I: Vitenskap . Nei. 6056 , 2011, s. 648-652 , doi : 10.1126 / science.1211384 .
  51. ^ N. Levy, SA Burke, KL Meaker, M. Panlasigui, A. Zettl, F. Guinea, AH Castro Neto, MF Crommie: Stammeindusert pseudomagnetiske felt større enn 300 Tesla i Graphene Nanobubbles . I: Vitenskap . teip 329 , nr. 5991 , 30. juni 2010, s. 544-547 , doi : 10.1126 / science.1191700 .
  52. På kjemisk språk: Det er to like muligheter for vekselvis å introdusere enkelt- og dobbeltbindinger i en seksleddet ring ("benzenring").
  53. DA Abanin, SV Morozov, LK Ponomarenko, RV Gorbachev, AS Mayorov, MI Katsnelson, K. Watanabe, T. Taniguchi, KS Novoselov, LS Levitov, AK Geim: Giant Nonlocality Near the Dirac Point in Graphene . I: Vitenskap . teip 332 , nr. 6027 , 15. april 2011, s. 328-330 , doi : 10.1126 / science.1199595 .
  54. Se f.eks. For eksempel følgende artikkel i mai 2011 utgaven av Physik-Journal: Online ( Memento av den opprinnelige fra 22 mai 2011 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet ble koblingen inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Kontroller original- og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. . @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.pro-physik.de
  55. Se for eksempel artikkelen av Louisa Knobloch, forskere stoler på "Wundermaterial" , Mittelbayerische Zeitung, 11. februar 2013, side 21, eller den følgende internettartikkelen fra University of Erlangen, EU starter et nytt stort prosjekt i feltet av grafer , (åpnet 11. februar 2013).
  56. Alexander D. Mirlin og Jörg Schmalian: Elektroner i strømmen , Physik Journal 15 (5), 18-19 (2016)
  57. Yuanbo Zhang, Tsung-Ta Tang, Caglar Girit, Zhao Hao, Michael C. Martin, Alex Zettl, Michael F. Crommie, Y. Ron Shen, Feng Wang: Direkte observasjon av et vidt avstemt båndgap i dobbeltlags grafen . I: Natur . teip 459 , nr. 7248 , 2009, s. 820–823 , doi : 10.1038 / nature08105 .
  58. DC Elias, RR Nair, TMG Mohiuddin, SV Morozov, P. Blake, MP Halsall, AC Ferrari, DW Boukhvalov, MI Katsnelson, AK GEIM, KS Novoselov: Kontroll av Graphene egenskapene ved Vendbar Hydrering: Bevis for Graphane . I: Vitenskap . teip 323 , nr. 5914 , 30. september 2009, s. 610-613 , doi : 10.1126 / science.1167130 .
  59. X Yang Xu, Yunlong Liu, Huabin Chen, Xiao Lin, Shisheng Lin, Bin Yu, Jikui Luo: Ab initio studie av energibåndsmodulering ingrafenbaserte todimensjonale lagdelte supergitter . I: Journal of Materials Chemistry . 22, nr. 45, 2012, s. 23821. doi : 10.1039 / C2JM35652J .
  60. Zheng Liu et al.: In-plan heterostrukturer av grafen og sekskantet bornitrid med kontrollerte domenestørrelser . I: Nature Nanotechnology . teip 8 , nei 2 , februar 2013, s. 119-124 , doi : 10.1038 / nnano.2012.256 .
  61. ^ Isaac M. Felix, Luiz Felipe C. Pereira: Thermal Conductivity of Graphene-hBN Superlattice Ribbons . I: Vitenskapelige rapporter . teip 8 , nei 1 , 9. februar 2018, s. 2737 , doi : 10.1038 / s41598-018-20997-8 .
  62. Isaac de Macêdo Félix: Condução de calor em nanofitas quase-periódicas de grafeno-hBN . PhD-avhandling, Federal University of Rio Grande do Norte. 4. august 2020, hdl : 123456789/30749 (brasiliansk portugisisk).
  63. David Chandler: Nytt materiale kan føre til raskere sjetonger. I: MIT News . 19. mars 2009. Hentet 28. mars 2009 .
  64. Laget i IBM Labs: IBMs forskere demonstrerer verdens raskeste grafentransistor. IBMs pressemelding datert 5. februar 2010.
  65. Q Yanqing Wu, Yu-ming Lin, Ageeth A. Bol, Keith A. Jenkins, Fengnian Xia, Damon B. Farmer, Yu Zhu, Phaedon Avouris: Høyfrekvente, skalerte grafentransistorer på diamantlignende karbon . I: Natur . teip 472 , nr. 7341 , 7. mars 2011, s. 74-78 , doi : 10.1038 / nature09979 .
  66. Forskere utvikler grafen superkapasitor som holder løfte om bærbar elektronikk
  67. University of Manchester "Supermaterial goes superpermeable"
  68. Den nye kullkraften
  69. Research, Updates, 2013, Graphene er egnet som et aktivt materiale for en terahertz-laser
  70. Med grafer for den optimaliserte minnecellen
  71. European Flagship Initiative (tabelloversikt over EU-kommisjonen)
  72. Angela Meyer: Forskere utvikler nye typer mekaniske piksler. I: heise.de. Heise Online, 27. november 2016, åpnet 28. november 2016 .
  73. Nytt høyteknologisk materiale: milepæl i grafenproduksjon - pressemelding fra FEP. fep.fraunhofer.de, 3. januar 2017, åpnet 8. januar 2017 .
  74. Ledende betong gjør det mulig å lade elektriske kjøretøy. 27. juni 2018, åpnet 1. juli 2018 .
  75. ^ Jacob D. Lanphere, Brandon Rogers, Corey Luth, Carl H. Bolster, Sharon L. Walker: Stability and Transport of Graphene Oxide Nanoparticles in Groundwater and Surface Water . I: Environmental Engineering Science . 17. mars 2014, doi : 10.1089 / ees.2013.0392 .