Znajdź zawartość

Grafen wydaje się być materiałem jutra. Dopiero niedawno odkryto, jak produkować go metodami przemysłowymi, a pomysły i koncepcje na jego wykorzystanie w elektronice, czy nanotechnologii trudno zliczyć. A będzie ich jeszcze więcej, ponieważ nie tylko sam grafen obiecuje wielorakie zastosowania, trwają prace nad jego modyfikacjami i materiałami pokrewnymi. Jak wiadomo, grafen to płachta z atomów węgla ułożonych jedną warstwą, heksagonalną strukturą przypominająca plaster miodu. Grubość jednego atomu nadaje jej różne ciekawe właściwości. Można je zmieniać, na przykład wprowadzając do jego struktury atomy innych pierwiastków, albo powlekając go inną warstwą. W taki sposób - poprzez nałożenie na obie strony grafenowej płachty atomów wodoru - powstaje inny materiał: grafan, złożony z trzech jednoatomowych warstw. Materiał taki z przewodnika staje się izolatorem. Ale to nie koniec pomysłów. Boris Yakobson, wykładowca inżynierii mechanicznej i materiałowej i chemii na Uniwersytecie Williama Rice'a odkrył bardzo ciekawe właściwości grafanu. Zaproponowana przez niego modyfikacja to usunięcie pojedynczych atomów wodoru lub ich grup z obu stron materiału. „Dziury" takie zawsze zachowują kształt sześciokąta i wyraźne granice. Co ważniejsze, stają się w ten sposób kwantowymi kropkami, których parametry można dokładnie dobierać poprzez zmianę ich rozmiaru. Kwantowe kropki to krystaliczne cząstki o rozmiarach atomowych, reagujące na światło i pole magnetyczne w unikatowy sposób. Mogą służyć na przykład jako czujniki chemiczne, pułapki na pojedyncze, określone cząsteczki, jako ogniwa słoneczne, nanoukłady, itp. Jednym zdaniem: otwierają szerokie pole dla nowatorskich technologii w nanoskali. Zaproponowany przez prof. Yakobsona sposób ich wytwarzania byłby małą rewolucją. Możliwość dokładnego dostosowywania ich parametrów, a więc właściwości, dałaby olbrzymie możliwości konstruowania nowych materiałów i urządzeń. Prawdopodobnie byłby to najlepszy materiał do tworzenia kwantowych kropek. Jego wyjątkowe właściwości optyczne już są brane pod uwagę przy projektowaniu układów optoelektronicznych, czy półprzewodnikowych laserów. Niestety, na razie są to konstrukcje teoretyczne, nie ma bowiem gotowej technologii precyzyjnego usuwania atomów wodoru z grafanowej matrycy. Jednak Abhishek Singh i Evgeni Penev, współautorzy pracy na ten temat, uważają, że nie jest to problem. Stworzenie odpowiedniej technologii to ich zdaniem jedynie kwestia czasu i zajęcia się tematem, zwłaszcza, że cel jest określony. Eksperymenty już są przeprowadzane w kilku ośrodkach i choć autorzy pomysłu nie są w stanie powiedzieć, kiedy ich koncepcja zostanie wcielona w życie, uważają, że to niedługo.

Boris Yakobson, fizyk z Rice University, i jego studenci opracowali teoretyczny model pokazujący, że fale dźwiękowe wędrujące w grafenie mogą wspomagać chłodzenie układów elektronicznych. Z dokonanych obliczeń wynika, że grafen może transportować energię cieplną w postaci fali. Można do jej transportu wykorzystać falę dźwiękową, która w grafenie wędruje szybko i daleko, a umożliwiałaby sprawne usuwanie nadmiaru ciepła. Oczywiście, jak zauważa Yakobson, skala jest tak mała, iż człowiek nie słyszałby żadnych dźwięków. Współautor opracowania, Enrique Munoz, stwierdza, że dzięki szczególnym właściwościom fononów - dźwiękowych odpowiedników fotonów - grafen może aż 10-krotnie bardziej wydajnie przewodzić ciepło niż miedź czy złoto. Naukowcy zauważają, że nie wystarczy po prostu przesłać fali dźwiękowej przez grafen. Trzeba dokładnie określić w jaki sposób ciepło w nim wędruje i tam, gdzie ma ono opuścić układ chłodzący, konieczne jest zastosowanie ośrodka gazowego lub ciekłego, w którym się rozproszy. W przeciwnym razie fala się odbije. Dlatego też swój teoretycznie opracowany system porównują do ciepłowodów