Nhóm 2:

Nguyễn Hy 1113195

Hồ Hữu Quý 1113575

Trần Văn Chung 1113044

Hoàng Văn Chương 1113045

Graphene

MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN THIẾT

Tài liệu công nghệ nano:

http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%2

0tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html

https://drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcw

ajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFhiQQ&usp=sharing

I. Giới thiệu chung về Carbon

Phổ biến thứ 15 trong vỏ trái đất

Phổ biến thứ 4 trong vũ trụ (sau khi HYDRO, HELI & OXY)

Nguyên tố phi kim có hóa trị 4

Tìm thấy rất nhiều trong

Dưới dạng trầm tích như: than đá, than bùn, dầu và khí metan

Hiện diện trong tất cả các dạng sống được biết đến

Trong cơ thể người: phổ biến thứ hai (khoảng 18,5%) sau khi OXY.

Đá vôi, carbon dioxide

Tính theo khối lượng

I. Giới thiệu chung về CarbonCác dạng thù hình của Carbon

Ba dạng phổ biến nhất:

Than chì

Carbon vô định hình

Kim cương

I. Giới thiệu chung về Carbon

Các dạng thù hình của Carbon

Fulleren

e

Carbon

NanotubeLonsdaleite

Kim cương 6 phương

Carbon Nanobud

II. Giới thiệu về Graphene

Lớp đơn nguyên tử carbon sắp xếp theo mạng lục giác.

Được xem là cấu trúc cơ bản của dạng thù

hình khác của carbon, như:

Graphite có bề dày 1 nguyên tử

- Than chì.

- Ống nano carbon.

- Fullerene.

Hay:

Xếp chồng các đơn lớp graphene Graphite

II. Giới thiệu chung về Graphene

2.Lịch sử

Được phát hiện năm1985, do một nhóm nghiên cứu gồm:Fulleren

e

Richard Smalley, Robert Curl, James Heath, Sean O'Brien và Harold Kroto

Hai yếu tố làm C60 giảm tính thực tế là:

1. Giá cả quá cao.

2. C60 không hòa tan trong dung môi rất bất lợi cho việc gia công.

Tuần báo The Economist có lần phê bình :

"Cuộc cách mạng công nghệ duy nhất mà fullerene đã thực hiện là...

sản xuất ra những bài báo cáo khoa học!"

"Khám phá về Fullerene"

Carbon nanotube 1991, Sumio Iijima phát hiện CNT trong muội than của

điện cực âm trong quá trình phóng điện hồ quang.

Sumio Iijima

Nghiên cứu này đc kỳ vọng là sẽ cho ra Fullerene

Graphene 2004, Andre Konstantin Geim cùng Konstantin Novoselov

tại Đại học Manchester (Anh Quốc)

Phương pháp bóc tách graphite thành một lớp đơn

nguyên tử.

“Tách lớp graphene từ than chì để mở ra hướng

nghiên cứu mang tính đột phá về ứng dụng của

Graphene vào điện tử”

Năm 1990, các nhà vật lý người Đức ở RWTH Aachen

University đã tạo được những miếng graphite mỏng đến

độ trong suốt.

Trước đó:

Dưới sự khúc xạ của ánh sáng và sự giao thoa của phản xạ từ SiO2

Chuyển những lớp bong graphene từ băng keo sang một đĩa Silicon.

Quan sát dưới một kính hiển vi quang học bình thường.

Lớp bong graphene được đặt trên SiO2.Bề mặt của silicon thường bị phủ bởi Silicon Dioxide (SiO2)

Graphene đơn lớp chỉ thấy được

khi lớp SiO2 có độ dày chính xác

315 nm.

Từ màu sắc Số lớp của graphene.

Lớp bong graphene cho ra nhiều

màu sắc tùy theo độ dày của

graphene

Graphene

Graphene2009, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Texas, Austin đã tổng hợp

được tấm màng graphene đồng nhất, chất lượng cao kích thước1 cm2

bằng cách phát triển chúng trên các lá đồng mỏng

Tháng 10, 2009, IBM tạo ra được Transistors Graphene có thể

hoạt động ở tần số 26 GHz

Tháng 4, 2011 – 155ghz.Tháng 2, 2010 – 100 GHz

Đầu năm 2009, IBM công bố đã có thể điều chỉnh độ rộng vùng

cấm của graphene 2 lớp đến 130 meV.

II. Tính chất của Graphene

1. Vật liệu không tồn tại

Lev

Davidovich

Landau

Rudolf Ernst

Peierls

Khi tấm phim đạt đến độ mỏng khoảng 1 nm

Không thể có sự hiện hữu của graphene.

Không có graphene phẳng tuyệt đối

Trong

tự nhiên

“Lý thuyết trên không chấp nhận một mạng lưới phẳng tuyệt đối nhưng

không cấm một mạng lưới graphene được phát triển trên vật liệu 3D”

Tinh thể 2 chiều là không ổn định và không thể

tồn tại ở trạng thái tự do.

Tự chuyển thành những cấu trúc 3 chiều.

II. Tính chất của Graphene

2. Tính chất cơ của Graphene

Độ cứng - Young’s Modulus

/ A

/

o o

o o

F FLE

L L A L

Trong đó:

E là mô đun Young (mô đun đàn hồi)

F là lực tác dụng trên vật liệu;

Ao là diện tích bề mặt mà lực được áp

vào.

ΔL là độ biến dạng của vật liệu.

Lo là chiều dài ban đầu của đối tượng.

GPa hoặc N/mm2.

Ứng suất

Tỉ số biến dạng

Young’s modulus của một vật liệu cho ta biết lượng năng lượng mà vật

liệu đó có thể hấp thụ mà không bị hư hỏng, biến dạng

II. Tính chất của Graphene

2. Tính chất cơ của Graphene

Vật liệu Độ cứng

Young’s modulus

(GPa)

Độ bền kéo

Ultimate tensile strength

(GPa)

Thép A36 200 0.4-0.55

Ống nano carbon 1000+ 11-63

Graphene 1050 130

Kim cương 1220 2.8

Aramid (Kevlar) 70.5–112.4 3.8

II. Tính chất của Graphene

2. Tính chất cơ của Graphene Gia cường

Để composite đạt được cơ tính tối đa:

Dưới tác dụng của lực Van der Waals:

Các mảnh graphene hay ống than nano có khuynh hướng

Tập trung

Trở lại

trạng thái graphite.Giảm cơ tính của vật liệu

Vật gia cường cần phải được phân tán một cách hiệu quả.

Nếu ta có thể phân tán 1% graphene trong polymer poly(methylmethacrylate)

Độ cứng sẽ tăng 5 lần (từ 2, 5 đến 12,7 GPA)

Độ bền đến 22 lần (0,06 đến 1,25 GPA)

Độ trong suốt vẫn không suy giảm.

II. Tính chất của Graphene

2. Tính chất điện của Graphene

Khi di chuyển trong một môi trường, electron bị tán xạ bởi nhiều nguyên nhân:

Electron chuyển động trong một môi trường có thể được gán một QDTDTB

Quãng đường này có thể tăng lên bằng cách giảm tán xạ.

QDTDTB của các electron

- Bởi các tạp chất, khuyết tật, sai hỏng mạng.

- Nút mạng (chất rắn)

- Nguyên tử / phân tử (chất lỏng hoặc khí)

kích thước của môi trường

mà electron di chuyển trong đó

Chuyển động đạn đạo - ballistic transport

Điện trở suất

sự cản trở dòng điện

Electron hành xử như hạt không khối lượng di chuyển trên bề mặt graphene

II. Tính chất của Graphene

2. Tính chất điện của Graphene

Vật liệu ρ (Ω/m) tại 200C σ (S/m) tại 200C

Graphene 1,00.10-8 1,00.108

Bạc 1,59.10-8 6,30.107

Đồng 1,68.10-8 5,96.107

Vàng 2,44.10-8 4,10.107

Nhôm 2,82.10-8 3,50.107

II. Tính chất của Graphene

3. Tính chất nhiệt của Graphene

Vật liệu Độ dẫn nhiệt (W/m.K)

Helium II >100.000

Graphene ((4840±440) - (5300±480)

Single wall carbon nanotube 3500

Kim cương 2200

Bạc 406-430

Đồng 350-400

Vàng 315

Nhôm 205-250

Graphite 25-470

III. Phân loại graphene

Graphene nanoribbons

Graphene oxide paper

Bilayer 3DGraphene

III. Phân loại graphene

Graphene nanoribbons

Graphene có bề rộng <50 nm

Cấu trúc Armchair GNRs:

Cấu trúc Zigzag GNRs

III. Phân loại graphene3D

Graphene oxide paper

III. Phân loại grapheneBilayer

III. Phân loại grapheneBilayer

Graphene đơn lớp:

Độ dẫn điện: 1,00.108 (S/m) tại 200C

Độ dẫn nhiệt: (4840±440) - (5300±480) (W/m.K) tại 293K

Tính chất cơ: - Young’d Modulus: 1050 Gpa

- Độ bền kéo: 130 GPa

Không có vùng cấm

Hạn chế ứng dụng trong công nghiệp bán dẫn

Hạn chế:

III. Phân loại grapheneBilayer

Xếp chồng hai lớp graphene đơn lớp lên nhau.

Cả hai lớp graphene đươc đính trên đế silicon

Đặt một hiệu điện thế giữa đế Silicon và Bilayer

Từ trường ngoài Chênh lệch điện tíchĐiện tử di chuyển về một lớp

Lỗ trống di chuyển về lớp còn lại

Thay đổi độ lớn của điện trường ngoài

Thay đổi độ lớn của vùng cấm

0-250 meV

IV. Phương pháp chế tạo GrapheneGraphene được chế tạo hầu hết bằng phương pháp tách lớp hoặc hình thành

màng .

Có nhiều pp chế tạo khác nhau :

- Phương pháp băng keo Scotch .

- Phương pháp cho các phân tử hydrocarbon đi qua bề mặt

Iridi(Ir) .

- Phương pháp kết hợp siêu âm tách lớp và ly tâm .

- Phương pháp gắn kết cực dương trên nền thủy tinh .

- Phương pháp dùng đèn flash .

- Vv…vv..

IV. Phương pháp chế tạo Graphene

V. Ứng Dụng

Fluorographene Màn hình cảm ứng

V. Ứng Dụng

Dây dẫn trong suốt Điện cực trong suốt

V. Ứng Dụng

Graphene transistor